بررسي سه‌بعدي كاركرد پيل سوختي پليمري لوله‌اي با فرض برهم كنش سيال- جامد- گرما

با توجه به روند رو به اتمام منابع سوخت فسيلي و ضرورت استفاده از انرژي ‌هاي تجديدپذير، مي ‌بايست مطالعات مناسب در راستاي بررسي ‌هاي فني و عملكردي در خصوص اين منابع صورت پذيرد. لذا در اين پژوهش پيل سوختي پليمري لوله‌ اي شكل به عنوان يك منبع انرژي مناسب با هندسه سه بعدي به صورت عددي، شبيه ‌سازي و بررسي شده است. براي بررسي جامع، معادلات پيوستگي، ممنتوم، انرژي، تنش كرنش و برهم كنش سيال جامد-گرما در حالت پايا، به‌وسيله يك كد عددي المان محدود تعريف، با يكديگر كوپل و سپس حل شده‌اند. با فرض تغيير ولتاژ پيل از 0/95 تا 0/4 ولت، عبور جريان تراكم پذير سوخت و هوا در داخل كانال ‌ها و محيط ‌هاي متخلخل الكترود و كاتاليست و همچنين حدود 5 درجه افزايش دماي ميانگين پيل، باعث تقريباً 35 نانو متر جابجايي در بخش‌ هاي مختلف مي‌شود. اين جابجايي ‌هاي ناشي از برهم كنش سيال جامد گرما موجب ايجاد تنش‌ هاي گرمايي و مكانيكي مي ‌شوند. تنش بيشينه در حدود 3500 كيلو نيوتن بر مترمربع در الكتروليت با توجه به محدوديت جابجايي آن (ميانگين جابجايي 12/8 نانو متر) ايجاد مي‌شود. سپس، رابطه تغييرات ولتاژ با چگالي جريان، تنش، سرعت جريان سوخت، جابجايي و دماي پيل سوختي نشان داده شد. همچنين نتايج نشان داد كه فرض بر هم كنش سيال جامد گرما توان پيل سوختي را تا حدود 3 درصد كاهش مي ‌دهند. در پايان اثر پارامترهاي مختلف از جمله شعاع كانال سوخت و هوا و رسانايي الكتروني و يوني بررسي شد. به عنوان مثال، در ولتاژ 0/4 ولت، كاهش 20 درصدي شعاع كانال سوخت و هوا و همچنين افزايش 100 درصدي رسانايي الكتروني و يوني به‌ترتيب باعث افزايش حدود 2/17، 0/05، 3/69 و 40 درصد چگالي جريان الكتريكي مي ‌شود