بررسي عملكرد ميدانهاي مختلف جريان خنككاري با كانال هاي موازي در پيل سوختي غشا پليمري

Study on performance of different cooling flow fields with parallel channelsin polymer electrolyte membrane fuel cell

در پيلهاي سوختي غشا پليمري بيش از نيمي از انرژي شيميايي هيدروژن، در طي توليد الكتريسيته به گرما تبديل ميگردد. در صورت دفع نامناسب اين گرما، عملكرد و پايداري پيل آسيب ميبيند. در اين مقاله، چندين طرح مختلف كانال هاي موازي براي ميدان جريان خنككاري در پيل غشا پليمري پيشنهاد شده و انتقال حرارت در صفحات خنككاري با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي شبيهسازي شده است. عملكرد طرح هاي پيشنهادي بر اساس معيارهاي دماي ماكزيمم سطح، دماي ميانگين سطح، يكنواختي دما و افت فشار ارزيابي شده است. نتايج نشان ميدهند كه مدل داراي كانالهاي موجي شكل، كمترين شاخص يكنواختي دما، كمترين دماي ماكزيمم سطح و كمترين دماي ميانگين سطح را دارد، لذا از نظر عملكرد خنككاري، بهترين مدل در بين مدلهاي مطالعه شده در اين مقاله است؛ اما از طرفي افت فشار بيشتري ايجاد ميكند. مدل داراي كانالهاي مستقيم با سطح مقطع ذوزنقهاي، شاخص هاي دمايي كمي ضعيفتري نسبت به مدل داراي كانالهاي موجي دارد؛ اما افت فشار بسيار كمتري ايجاد ميكند. از اين رو اين دو مدل نسبت به بقيه مدل ها براي خنك كاري بسيار مناسب تر بوده اما در انتخاب يك مدل از بين اين دو مدل بايد مصالحه اي بين شاخص هاي دمايي و افت فشار مينيمم انجام پذيرد.

In polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) more than half of the chemical energy of hydrogen is converted into heat during the generation of electricity. This heat, If not being properly exhausted, impairs the performance and durability of cell. In this paper, several different parallel channel designs were suggested for cooling flow field in PEMFC, and heat transfer in cooling plates was simulated using computational fluid dynamics. Performance of suggested designs was assessed in terms of maximum surface temperature, average surface temperature, temperature uniformity and pressure drop characteristics. The results indicate that the model with wavy channels, has the least temperature uniformity index, the least maximum surface temperature and the least average surface temperature, therefore in respect of cooling performance, is the best model among the models were studied in this paper; but it produces more pressure drop. The model with straight channels that have trapezoid cross sections areas, has weaker temperature characteristics than the model with wavy channels; but it produces less pressure drop; so these two models are more suitable for cooling than the other models; but for selection one model between them, a compromise must be done between temperature characteristics and minimum pressure drop.