بررسی تاثیر هندسه کانالهای تزریق گاز بر عملکرد و رفتار دینامیکی پیل سوختی غشا پلیمری | ||
| مکانیک سازه ها و شاره ها | ||
| دوره 13، شماره 2، خرداد و تیر 1402، صفحه 121-128 اصل مقاله (1.61 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله مستقل | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22044/jsfm.2023.12545.3681 | ||
| نویسندگان | ||
| حجت اشرفی1؛ نیما احمدی شیخ سرمست* 1؛ نادر پورمحمود2؛ ایرج میرزایی2؛ امین دمیا3؛ امین خلیل زادگان4 | ||
| 1استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه ای، تهران، ایران | ||
| 2استاد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران | ||
| 3استادیار، گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه فنی و حرفه ای، تهران، ایران | ||
| 4مربی، گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه فنی و حرفه ای، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| پیل سوختی غشا پلیمری که با هیدروژن و هوا کار می کند و دارای راندمان و چگالی توان بالا، کارکرد در دمای پایین و قابلیت راهاندازی سریع و بدون آلایندگی میباشد، میتواند جایگزین مناسبی برای سوختهای فسیلی باشد. عملکرد سلول سوختی غشای تبادل پروتون بستگی زیادی به هندسه ، پیکربندی کانالهای جریان و اندازه دارد. پژوهش حاضر یک مطالعه عددی میباشد که به بررسی عملکرد پیل سوختی غشا پلیمری با تکیه بر طراحی کانالهای تزریق گاز با هندسههای مختلف در حالت ناپایا پرداخته شده است. برای حل معادلات حاکم از روش دینامیک سیالات محاسباتی بهرهگیری شده است. در این روش برای گسسته سازی و حل کردن معادلات از متد حجم محدود استفاده میشود. هندسههای مختلفی که برای این پژوهش مورد استفاده قرار گرفته که شامل شبه مارپیچی (مدلA)، موازی (مدلB) و پینی (مدلC) میباشد که ابعاد آنها با مدل پایه مارپیچی شکل یکسان است. با استفاده از شبیهسازی دینامیکی مشاهده شد که بعد از گذشت حدود 70 ثانیه جریان به حالت پایدار رسید و تولید آب رفتهرفته افزایش یافت. نتیجهها نشان میدهد که مدل C نسبت به سایر مدلها عملکرد بهتری دارد و در مقابل مدل B بدترین عملکرد را از خود نشان میدهد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| پیل سوختی غشای پلیمری؛ مدلسازی عددی؛ رفتار دینامیکی؛ هندسه کانال گاز | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
[1] Ashrafi, H., et al., Performance improvement of proton‐exchange membrane fuel cells through different gas injection channel geometries. International Journal of Energy Research, 2022. 46(7): p. 8781-8792.
[2] Ahmadi, N., S. Rezazadeh, and I. Mirzaee, Study the effect of various operating parameters of proton exchange membrane. Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 2015. 59(3): p. 221-235.
[3] Ashrafi, H., et al., Introducing a new serpentine configuration of gas channels to enhance the performance and reduce the water flooding in the PEMFC. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 2022.
[4] Pei, P., et al., A review on water fault diagnosis of PEMFC associated with the pressure drop. Applied Energy, 2016. 173: p. 366-385.
[5] Hamelin, J., et al., Dynamic behavior of a PEM fuel cell stack for stationary applications. International Journal of Hydrogen Energy, 2001. 26(6): p. 625-629.
[6] Kim, S., S. Shimpalee, and J. Van Zee, The effect of stoichiometry on dynamic behavior of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) during load change. Journal of Power Sources, 2004. 135(1-2): p. 110-121.
[7] Yan, Q., H. Toghiani, and H. Causey, Steady state and dynamic performance of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) under various operating conditions and load changes. Journal of Power Sources, 2006. 161(1): p. 492-502.
[8] Chen, J. and B. Zhou, Diagnosis of PEM fuel cell stack dynamic behaviors. Journal of Power Sources, 2008. 177(1): p. 83-95.
[9] Park, S.-K. and S.-Y. Choe, Dynamic modeling and analysis of a 20-cell PEM fuel cell stack considering temperature and two-phase effects. Journal of Power Sources, 2008. 179(2): p. 660-672.
[10] Fang, L., L. Di, and Y. Ru. A dynamic model of PEM fuel cell stack system for real time simulation. in 2009 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference. 2009. IEEE.
[11] Huang, Z., Q. Jian, and J. Zhao, Experimental study on improving the dynamic characteristics of open-cathode PEMFC stack with dead-end anode by condensation and circulation of hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy, 2020. 45(38): p. 19858-19868.
[12] Ahmadi, Nima, Sajad Rezazadeh, Mirkazem Yekani, Alireza Fakouri, and Iraj Mirzaee. "NUMERICAL INVESTIGATION OF THE EFFECT OF INLET GASES HUMIDITY ON POLYMER EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL (PEMFC) PERFORMANCE." Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering 37, no. 1 (2013): 1-20.
[13] Zhang, Q., et al., Modeling and dynamic performance research on proton exchange membrane fuel cell system with hydrogen cycle and dead-ended anode. Energy, 2021. 218: p. 119476.
[14] Jiao, J., et al. Modeling and simulation of PEMFC stack dynamic performance. in 2017 Chinese Automation Congress (CAC). 2017. IEEE.
[15] شیخ محمدی, علی, میرزایی, ایرج, پورمحمود, نادر, احمدی شیخ سرمست, نیما. (1398). 'تاثیر کانالهای گاز و پیکربندی لایههای انتشار گاز بر روی عملکرد غشای الکترولیتی پلیمر سلول سوختی', مکانیک سازهها و شاره ها, 9(3), pp. 249-263. doi: 10.22044/jsfm.2019.8525.2935
[16] Patankar, S.V., Numerical heat transfer and fluid flow. 2018: CRC press.
[17] Sheikh Mohammadi, A., et al., Influence of gas channels and gas diffusion layers configuration on the performance of polymer electrolyte membrane fuel cell. Journal of Solid and Fluid Mechanics, 2019. 9(3): p. 249-263.
[18] Jeon, D., et al., The effect of serpentine flow-field designs on PEM fuel cell performance. International journal of hydrogen energy, 2008. 33(3): p. 1052-1066. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,139 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,118 |
||
