افزايش انتقال حرارت با كمك جابجايي آشوبناك در كاربردهاي خنك كاري پيل هاي سوختي از نوع PEMFC

در این مقاله اثر مكانیزم آشوبناك بر اختلاط و انتقال حرارت در مبدل حرارتی یكپارچه در صفحات دو قطبی PEMFC به صورت كمی و كیفی بررسی می شود. به همین منظور از هندسه پیشنهادی جدیدی كه عامل بوجود آورنده جابجایی آشوبناك است استفاده شده است. ساختار مبدل بكارگرفته شده در این كاربردها كاملآ ساده بوده و رژیم جریان در آنها آرام با عدد رینولدزی در حدود 200 است. ابتدا با ردگیری ذرات به صورت لاگرانژی درون جریان و محاسبه عدد نمایی لیاپانف، نشان داده شده است كه هندسه جدید، آشوبناك بوده و سپس با محاسبه میزان كشیدگی المانهای سیال و ایجاد مقاطع پوآنكاره، اثر مكانیزم آشوبناك بر اختلاط به صورت كمٌی و كیفی بررسی شده است. محاسبات انجام شده نشان میدهد كه واگرایی مسیر ذرات و كشیدگی المانهای سیال در جریان آشوبناك به صورت نمایی افزایش یافته و درنتیجه اختلاط افزایش چشمگیری خواهد داشت. همچنین عدد نوسلت و میزان افت فشار محاسبه شده در هر دو هندسه نشان می دهد كه با تغییر مكانیزم جابجایی سیال در مبدل حرارتی و آشوبناك شدن آن، انتقال حرارت نیز افزایش می یابد.

High-efficiency cooling systems are key points in PEMFC transport applications. Moreover, to ensure an optimal electrochemical reaction and hence a maximum efficiency, the temperature field in the cell must be uniform and stay in a narrow range, around 80–90 C. This study focuses on improving the thermal performance of heat-exchangers integrated in the bipolar plates of PEMFCs. The current design of the heat-exchangers in these applications is quite simple. The flow regime is laminar with a Reynolds number around 200. Velocity profiles and particles trajectories were calculated. In order to analyze of chaotic advection, a simple chaotic geometry has been chosen and lagrangian fluid particles tracing, recording fluid elements, Poincare sections and Lliapunov exponent were carried out. First of all, By means of these calculations, it is proved that this new geometry is chaotic. Then, it is shown by Lagrangian tracing in the flow field and recording of elements deformations that mixing and heat transfer is increased significantly due to change of advection mechanism to chaotic advection in the heat exchanger.