متن کامل خبر


 
جلسه دفاع از پایان‌نامه: خانم بهاره جهانی کلدهی، گروه آموزشی تبدیل انرژی

خلاصه خبر: شبیه سازی عددی جریان غیر سیال دائم در پیل سوختی غشای تبادل پروتون

  • عنوان: شبیه سازی عددی جریان غیر سیال دائم در پیل سوختی غشای تبادل پروتون
  • ارائه‌کننده: خانم بهاره جهانی کلدهی
  • استاد راهنما: دکتر حسن خالقی
  • استاد ناظر داخلی اول: دکتر علی جعفریان دهکردی
  • استاد ناظر خارجی اول: دکتر مهرداد رئیسی دهکردی
  • استاد مشاور اول: دکتر رضا مداحیان
  • نماینده تحصیلات تکمیلی: دکتر علی جعفریان دهکردی
  • مکان: اتاق 351
  • تاریخ: 98/04/25
  • ساعت: 14:00

چکیده:برای عبور از عصر سوخت‌های فسیلی و ورود به عصر سوخت‌های تجدیدپذیر و پاک، فن‌آوری پیل سوختی و بخصوص پیل سوختی غشا تبادل پروتون، اهمیت ویژه‌ای دارد. مدل‌سازی پیل، کم‌هزینه‌ترین روش برای بررسی فرآیندها و بهینه‌سازی پیل سوختی می‌باشد. یکی از مباحث مهم در پیلهای سوختی، بحث مدیریت حرارت میباشد که در آن، به انتقال حرارت تولید شده داخل پیل میپردازند. لایه‌های کاتالیست یکی از عناصر تعیین کننده عملکرد و قیمت پیل‌های سوختی هستند که نرخ واکنش‌های شیمیایی را کنترل می‌کنند. مدل‌سازی کاتالیست یکی از چالش برانگیزترین مباحث در پیل سوختی محسوب می‌شود. رفتار گذرای پیل سوختی از این جهت حائز اهمیت است که بتوان تغییرات ناگهانی چگالی جریان که در اثر تغییر ولتاژ اتفاق می‌افتد را پیش‌بینی و کنترل کرد. علاوه بر این زمان رسیدن به حالت پایا و کاهش آن در کاربردهایی مانند خودرو بسیار مهم است. این پایان‌نامه شامل سه بخش می‌باشد، در بخش اول بحث مدیریت حرارت در کانال گاز و لایه نفوذ گاز سمت کاتد بررسی شده است و اثر سه پارامتر برای لایه نفوذ گاز که عبارتند از میزان تخلخل، نفوذپذیری و ضخامت بر میزان دفع حرارت از دیواره کانال مورد مطالعه قرار گرفته است. در بخش دوم با توجه به اهمیت مدل‌سازی دقیق لایه کاتالیست، مدل توده‌ای لایه کاتالیست برای یک پیل کامل با تمام اجزا اعمال شده است. در بخش سوم رفتار گذرای پیل سوختی مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه، یک مدل دوبعدی در جهت کانال گاز برای پیل ‌سوختی غشا تبادل پروتون ارائه می‌شود که برای تحلیل معادلات حاکم یک برنامه کامپیوتری به زبان فرترن بر اساس روش حجم محدود نوشته شده است. نتایج بدست آمده از مطالعه حرارت نشان می‌دهند که استفاده از لایه نفوذ گاز با ضریب تخلخل کمتر، سبب دفع حرارت بهتر در کانال گاز می‌شود. یکی از نتایج مهم بدست آمده در این مطالعه، تأثیر بسیار زیاد افزایش ضخامت لایه نفوذ گاز بر دفع حرارت از کانال میباشد، البته این در حالتی است که مجموع عرض کانال و ضخامت لایه نفوذ گاز، ثابت در نظر گرفته شود. در این صورت با افزایش ضخامت لایه نفوذ گاز از 2/0 میلی‌متر تا 5/0 میلی‌متر، عدد ناسلت متوسط تا حدود 80% افزایش پیدا خواهد کرد. در قسمت بعد نتایج بدست آمده از مطالعه لایه کاتالیست نشان می‌دهد با افزایش نسبت جرمی پلاتین به کربن در چگالی جریان‌های بالا، عملکرد پیل بهبود می‌یابد. اما تأثیر کسر حجمی یونومر اندکی متفاوت است. با افزایش کسر حجمی یونومر در چگالی جریان‌های پایین بهبود عملکرد ایجاد می‌شود، درحالیکه برای چگالی جریان‌های بالا عکس این عمل اتفاق می‌افتد. همچنین کاهش شعاع توده‌ها نیز در بهبود عملکرد پیل تأثیر بسزایی دارد به‌طوریکه با کاهش شعاع از 1 تا 1/0 میکرومتر در ولتاژ 44/0 ، چگالی جریان به اندازه 33 % افزایش می‌یابد. در گام بعدی برای هر کدام از پارامترهای بررسی شده مقدار بهینه برای ولتاژهای مهم بدست ‌آورده شده است. همچنین رابطه‌ای خطی برای نسبت جرمی پلاتین به کربن بهینه (با ثابت بودن بارگذاری پلاتین) بر حسب ولتاژ خروجی پیدا شد که نشان می‌دهد در بازه ولتاژ 3/0 تا 57/0 ولت، با افزایش ولتاژ نسبت جرمی پلاتین بهینه کاهش خواهد یافت. نتایج بررسی رفتار گذرای پیل سوختی نشان داد هنگام کاهش ولتاژ یک افزایش ناگهانی در چگالی جریان اتفاق می‌افتد و سپس با گذشت زمان چگالی جریان کاهش یافته و به حالت پایا می‌رسد. افزایش نسبت استوکیومتری هوا می‌تواند باعث کاهش اختلاف بین این افزایش ناگهانی و حالت پایا شود و همچنین زمان رسیدن به حالت پایا را کاهش ‌می‌دهد.
کلمات کلیدی:پیل سوختی غشا تبادل پروتون، جریان سیال، مدل‌سازی لایه کاتالیست، جریان غیردائم، شبیه‌سازی عددی، انرژی پاک

19 تیر 1398 / تعداد نمایش : 102