بررسی عددی پیل سوختی غشاءپلیمری با طرح کانال شیب دار
چکیده
در جهان امروز برای غلبه بر معضل کاهش منابع سوخت های فسیلی و نیز مشکلات زیست محیطی ناشی از آن فناوری های جایگزینی معرفی شده اند. در میان این فناوری ها، پیل های سوختی به عنوان گزینه ای جدی برای تامین انرژی در مقیاسی وسیع و طولانی مدت مطرح می باشد. از این میان، پیل سوختی پلیمری که تنها با ترکیب اکسیژن و هیدروژن و تولید آب، انرژی آزادشده در طی فرایند را به برق تبدیل می کند، به عنوان انرژی پاک بسیار مورد توجه می باشد. مهم ترین موانع در راستای تجاری سازی این فناوری امّا، مشکلات مربوط به کنترل میزان آب تولیدی و مدیریت آن در پیل سوختی، مدیریت گرما و غیره می باشد. برای حل مشکل مدیریت آب در پیل سوختی، روش های مختلفی پیشنهاد شده است که بخش مهمی از آن شامل بهبود طراحی میدان های جریان می باشد؛ که البته در بیشتر موارد با افت فشار زیاد در کانال همراه می باشد. برای کاستن از مشکل افت فشار زیاد نیز تحقیقات محدودی انجام گرفته است. یکی از راه حل های جدید برای کاستن از مشکل افت فشار زیاد در کانال و نیز بهبود انتقال واکنش دهنده ها، شیب دار نمودن کانال می باشد که سبب ایجاد جابجایی اجباری در محیط متخلخل نیز می گردد. در این تحقیق با نگاشتن کد cfd به زبان فرترن ابتدا به شبیه سازی پیل سوختی پلیمری در راستای جریان و با کانال مستقیم پرداخته و پس از ارزیابی شرایط مختلف کاری بر عملکرد آن، در مرحله ی بعد بتفضیل اثر شیب دار کردن کانال بر الگوی جریان و فشار و نیز نحوه ی پخش آب، واکنش دهنده ها و چگالی جریان در راستای کانال مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل از این شبیه سازی که در قالب نمودارهای سرعت، افت فشار و توزیع گونه های شیمیایی در راستای کانال و نیز نمودارهای ولتاژ و توان بر حسب چگالی جریان ارائه شده اند، بیانگر بهبود قابل توجه در عملکرد پیل سوختی در مقایسه با هزینه ی ناچیز ناشی از افزایش افت فشار در آن می باشد.