دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 18 9 2018 12 22 Investigation of porosity parameters variation on liquid water transport in gas diffusion layers of polymer electrolyte membrane fuel cells using the lattice Boltzmann method بررسی پارامتر‌های تخلخل بر انتقال آب در لایه نفوذی گاز کاتد پیل سوختی پلیمری با استفاده از روش شبکه بولتزمن 46 57 10526 FA محمد حبیب الهی دانشجوی دکترای مکانیک- دانشگاه بیرجند حسن حسن زاده عضو هیات علمی دانشگاه بیرجند محمد رهنما عضو هیات علمی- دانشگاه شهید باهنر کرمان سید علی میربزرگی عضو هیات علمی دانشگاه بیرجند- دانشکده مهندسی - گروه مکانیک ابراهیم جهانشاهی جواران عضو هیات علمی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرقته کرمان Journal Article Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells (PEMFCs) has been widely used in recent decades due to operating at low temperature with high energy density. Water management is one of the main challenges for the development and commercialization of PEMFCs, which has a significant impact on their performance. The behavior of liquid water in the PEMFCs is very important. In this study a pore scale model is used to investigate liquid water transport in the gas diffusion layer (GDL) of PEMFCs. The GDL layer generated by randomly placing circular solid particles. The pseudo-potential lattice Boltzmann (LB) proposed by shan and chen is used to simulate two phase flow. The code was validated in three modes and is verified correctly then, the effect of three pore size particles, porosity coefficient and hydrophobicity of the GDL on the water transfer has been investigated. The results show that, over time, the amount of saturation in the GDL increases and ultimately reaches a constant value. In addition to by reducing the diameter of the particles, the amount of saturation and the number of breakthrough sites decreased, which increases the oxygen penetration.Also, the amount of local water saturation in the catalyst layer (CL) interface and the GDL tends toward one, indicating that oxygen molecules in these regions should be dissolved in water and then fed to the CL. In addition to, the amount of liquid water inside the porous layer decreases with increasing hydrophobicity پیلهای سوختی پلیمری به دلیل دمایکار پایین، چگالی انرژی بالا در آیندهای نزدیک به طور چشمگیر مورد استفاده قرار میگیرند. مدیریت آب یکی از چالش های اصلی جهت توسعه و تجاری سازی پیلهای سوختی پلیمری است، که تاثیر قابل ملاحظهای بر عملکرد آنها دارد. از این رو درک چگونگی رفتار آب در پیل سوختی بسیار با اهمیت است . در این مقاله رفتار آب مایع در داخل لایه نفوذی گاز کاتد پیل سوختی پلیمری در مقیاس حفره مورد بررسی قرار گرفته است. محیط متخلخل مورد نظر )لایه نفوذی گاز کاتد( توسط دوایری با قطرهای مختلف و بصورت تصادفی ساخته شده است. از روش لتیس بولتزمن، مدل شبه پتانسیل شان و چن جهت شبیه سازی جریان دوفازی استفاده شده است. کد نوشته شده در سه حالت اعتبار سنجی شده و پس از آن تاثیر سه پارامتر اندازه منفذها، ضریب تخلخل و آبگریزی لایه نفوذی گاز بر انتقال آب مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این شبیه سازی نشان میدهند که اولا با گذشت زمان مقدار اشباع در لایه نفوذی گاز افزایش یافته و نهایتا به مقدار ثابتی میرسد. ثانیا با کاهش قطر منفذها، مقدار اشباع و تعداد میانگذرهای انتقال آب کاهش یافته شده و این باعث افزایش نفوذ اکسیژن میشود. از طرفی مقدار اشباع محلی در فصل مشترک کاتالیست و لایه نفوذی گاز بسمت یک میل میکند این نشان دهنده این است که در این نواحی مولکولهای اکسیژن بایستی در آب حل شده و سپس به کاتالیست برسند. همچنین مقدار آب مایع در داخل لایه متخلخل با افزایش آبگریزی کاهش مییابد. https://mme.modares.ac.ir/article_10526_8fa2a95ee83cd1633cfd64f78e856bd3.pdf