Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Reza Pishevar,Mohsen DavazdahEmami,Ahmad Moheb
احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد راهنما) محسن دوازده امامی (استاد مشاور) احمد محب (استاد راهنما)
 
STUDENT
Omid Sabouri Sichani
امید صبوری سیچانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1384

TITLE

Numerical Simulation of a Single Cell of Proton Exchange Membrane (PEM) Fuel Cell
Due to highly reactive environment of a Proton Exchange Membrane fuel cell (PEMFC), it is not possible to perform detailed in situ measurements during operation. Modeling is necessary for improve understanding of processes in the fuel cell. In this thesis, a numerical investigation of a single PEM fuel cell is presented. The results of this study include the determination of fuel cell’s polarization curve and the effects of different parameters such as transfer coefficients, exchange current densities, operating pressure, GDL’s and catalyst layer’s porosity on polarization curve. Results show that increase of transfer coefficient, exchange current density, operating pressure, inlet fuel’s temperature cause improvement in fuel cell’s revenue while increase of ohmic resistance cause decrease in efficiency. Increasing other parameters show improvement in fuel cell’s revenue. At the end, contours of hydrogen and oxygen distribution and their diffusion from gas channels to porous media provided.
به دلیل اینکه پیل سوختی پلیمری دارای محیطی با واکنش پذیری بالاست بررسی و اندازه گیری فرایندهای موجود در پیل در حین کار تقریباً غیر ممکن است و برای درک هر چه بهتر چگونگی فرایندهای انجام شده در پیل که برای طراحی لازم می باشد، مدل سازی اجتناب ناپذیر می باشد. در این پایان نامه، یک تک سل پیل سوختی پلیمری توسط نرم افزار فلوئنت مدل سازی شده است و منحنی قطبیت آن استخراج شده و تاثیر پارامتر های گوناگونی مثل ثابت انتقال، چگالی جریان تبادلی، مقاومت الکتریکی اجزای مختلف، فشار کاری، درجه حرارت سوخت ورودی و میزان تخلخل نواحی متخلخل پیل بر منحنی قطبیت مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی ها نشان داد افزایش ثابت انتقال، چگالی جریان تبادلی، فشار کاری پیل و دمای سوخت های ورودی سبب بالا رفتن کارایی پیل می شود، افزایش مقاومت الکتریکی پیل به دلیل بیشتر کردن افت ولتاژ اهمی سبب کاهش کارایی پیل می شود. از نتایج دیگر این تحقیق بهبود کارایی پیل با افزایش تخلخل لایه دیفیوژن پیل سوختی بود و نتیجه عکسی که افزایش میزان تخلخل لایه کاتالیست پیل بر کارایی آن دارد قابل توجه است. در قسمت پایانی این تحقیق همچنین کانتور های مربوط به توزیع هیدروژن، اکسیژن، دما، آب تولیدی، جریان الکتریکی تولید شده و افت پانسیل راه انداز پیل در نواحی مختلف آن بدست آمده است. کانتورهای مربوط به توزیع هیدروژن و اکسیژن نفوذ آنها از کانال های جریان به محیط متخلخل پیل را نشان می دهند و از نظر کمی نشان می دهند که این توزیع یکنواخت نیست و در ناحیه ای از لایه دیفیوژن گاز که در زیر صفحات دو قطبی می باشد مقدار نفوذ گاز در حالت مینیمم قرار دارد. کانتورهای مربوط به تولید آب در پیل به وضوح نحوه تولید و پخش آب در سمت کاتد پیل را نشان می دهند. همچنین با رسم توزیع چگالی جریان الکتریکی بر روی صفحه کاتالیست مشخص می شود که در ابتدای صفحه به دلیل بالا بودن غلظت گازهای واکنش دهنده مقدار جریان تولیدی در حالت ماکزیمم قرار دارد و هر چه در طول کانال پیش می رویم با کاهش غلظت گازها و به سبب آن کاهش چگالی جریان مواجه می شویم.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی