مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدلسازی جریان دوفازی در لایه نفوذ گاز کاتد پیل سوختی پلیمری

نویسندگان
1 عضو هیات علمی
2 مربی
3 خانه دار
چکیده
در لایه نفوذ گاز کاتد پیل سوختی پلیمری، علاوه بر هوا، آب هم بصورت مایع و هم بصورت گاز جریان دارد. تماس دو فاز مایع و گاز از یک سو و تبادل جرم میان این دوفاز از سوی دیگر، بر پارامترهای اصلی جریان دوفازی و در نتیجه عملکرد پیل سوختی پلیمری اثر می‌گذارد. در این مقاله ضمن بررسی اثر تماس دوفاز و تبادل جرم میان آنها، پارامترهای اصلی جریان دوفازی از جمله فشار مویینگی، میزان اشباع، غلظت مولی گونه های گازی، سرعت مخلوط گازها، سرعت آب و غیره استخراج شده است. این درحالی است که در مدلهای رایج، عموما به مقدار آب وارد شده از غشا مقداری فرضی را نسبت می‌دهند. نتایج نشان می‌دهد که کاهش رطوبت نسبی هوای ورودی به کاتد سبب افزایش نرخ تبخیر و درنتیجه افزایش سهم بخار آب در تخلیه آب لایه نفوذ گاز می‌شود که به تبع آن سرعت آب مایع، گرادیان فشار مویینگی و گرادیان اشباع کاهش می‌یابد. افزایش دمای عملکرد پیل سوختی نیز سبب افزایش ظرفیت هوای کاتد برای جذب بخار آب می‌شود، لذا این افزایش دما سبب افزایش نرخ تبخیر و کاهش سرعت توده گاز و در نتیجه کاهش گرادیان فشارگاز می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Modeling of Two Phase Flow in the Cathode of Gas Diffusion Layer of Proton Exchange Membrane Fuel Cell

نویسندگان English

Hassan Hassanzadeh 1
Amin Ferdowsara 2
Mahboba Barzagary 3
چکیده English

In the PEM fuel cells, gas phase (air and vapour) and liquid water could simultaneously flow through the cathode Gas Diffusion Layer (GDL). On the other hand, the performance of fuel cell and the main characteristic parameters of the flow can be influenced by the interaction of these gas and liquid phases. In the present study, the main parameters of two-phase flow in the GDL such as capillary pressure, mole concentrations of gas species, gas velocity and liquid velocity have been evaluated by considering the interactional effects of the aforementioned two phases. Also, the impact of changing the value of cathode channel humidity and fuel cell temperature on the value of the mentioned parameters has been investigated. The results indicated that decreasing of relative humidity in the cathode channel causes an increase in the rate of water vaporization. Thus, this leads to a decrease in the liquid water velocity, capillary pressure gradient and saturation gradient in the GDL. Also, increasing the temperature causes an increase in the rate of water vaporization and a decrease in the gas velocity and gas pressure gradient.

کلیدواژه‌ها English

"PEM fuel cell"
"Gas diffusion layer"
"two phase flow"