شبيه سازي عددي عملكرد پيل هاي سوختي غشاء تبادل پروتوني و بررسي روشهاي افزايش راندمان در آنها

Numerical simulation of proton exchange membrane fuel cells and investigating of efficiency enhancement

روند فعلي مصرف انرژي درجهان ، بشر را با دو بحران بزرگ آلودگي زيست محيطي و شتاب فزاينده در تهي نمودن منابع انرژي روبرو نموده است. كه در اين پژوهش به منظور بهينه سازي وافزايش بازدهي ، انواع مختلفي از پيل هاي سوختي آلي از نوع غشاي تبادل پروتوني مورد بررسي قرار گرفته و يك پيل سوختي كه براساس پارامترهاي اوليه داراي شاخصهاي مثبت بازدهي بالا وكاربرد بهتر باشد در ميدان حل سه بعدي، با استفاده از نرم افزار GAMBIT شبكه بندي نموده وسپس با كمك گرفتن از نرم افزار FLUENT نسبت به حل همزمان معادلات بقا اقدام نموده در تحليل راندمان پيل با اين فرض كه تمام انرژي شيميايي به انرژي الكتريكي تبديل شود، اختلاف پتانسيل دو سر سلول برابر 1.48 ولت ميباشد وبا اين شرط كه بهترين روش براي اندازه گيري بازده پيل سوختي بر اساس نسبت ولتاژ عملي به ولتاژ نظري آن سنجيده ميشود، به بررسي متغييرهاي دما ، سرعت ، فشار و رطوبت در دو صفحه XY و Z مياني و همچنين YZ و X مياني پرداخته شده است. و نهايتا بر اساس نمودار IV ، نتايج عددي به دست آمده به خوبي با نتايج تجربي مطابقت دارد

In recent years various computational models purposed the evaluation of a PEM performance. actually most of these models are 1-D and 2-D and they can’t predict the actual performance of a PEMFC, because they neglect the influence of rib spacing between channels, in adition the fluid flow theory in these channels are in 2 phase flow. This study intend to simulate the performance of a PEMFC in 3-D. this simulation for determination effect of impact functional cell temperature, humid temperatures in the cathode and anode on the PEM fuel cell performance at temperatures 50, 60, 70, 80 °C, with simultaneously solving of equations consist of continuity, energy, x-momentum y-momentum z-momentum and species conservation and considering the fluid flow, transport phenomena and water management, we simulate the fuel cell in 3-D in computational fluid dynamic (finite volume). The obtained numerical results are compared with experimental results. By a careful examinations of results it reveals that the numerical solution and experimental conditions as well as compatible with each other overall results obtained from analysis of parametric study of Multiphase flow transport phenomena indicate that if there is an sufficient amount of humidity, by increasing the operation temperature the fuel cell efficiency will increased in cell performance temperature, efficiency increases. Also during low flow by decreasing the humid temperature in anode region cell performance will be reduce and also it indicate that humid temperature in the cathode region has nonsignificant change.