مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

اثر مانع در کانال جریان گاز کاتد بر انتقال واکنش‌دهنده‌ها و عملکرد پیل سوختی غشا پلیمری

نویسندگان
1 کارشناس ارشد مکانیک/دانشگاه صنعتی مالک اشتر
2 استادیار گروه مکانیک دانشگاه اصفهان
3 دانشیار دانشگاه مالک اشتر
چکیده
در این مطالعه، با قرار دادن یک یا چند مانع در کانال کاتد پیل سوختی غشا پلیمری، تأثیرات دینامیک سیالات ناشی از وجود/عدم وجود مانع در کانال و همچنین اثر مانع بر عملکرد پیل سوختی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور با در نظر گرفتن یک مدل سه بعدی پیل سوختی که بخشی از کانال کاتد مسدود شده است، معادلات پیوستگی، مومنتوم، گونه‌های جرمی و بقای بار الکتریکی به‌صورت حالت‌ پایا در سیستم مختصات کارتزین با استفاده از یک دامنه کلی و روش حجم محدود حل شده است. نتایج نشان می‌دهد که با قرار دادن یک مانع، در مقایسه با حالت بدون مانع، بیشترین افزایش سرعت در لایه پخش گاز (زیر مانع حدود 6 برابر سرعت) رخ داده است و گازهای واکنش‌دهنده بیشتری مجبور به ورود به لایه پخش گاز می‌شود که به واکنش‌های شیمیایی کمک می‌کند و عملکرد پیل سوختی را بهبود می‌بخشد. همچنین افزایش تعداد موانع بر انتقال گازهای واکنش‌دهنده و توزیع یکنواخت‌تر گازها در لایه پخش گاز و لایه کاتالیست، مخصوصاً در دانسیته جریان‌های بالا، کمک می‌کند؛ اما افت فشار در کانال کاتد را افزایش می‌دهد. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که انتقال موضعی واکنش‌دهنده، تولید چگالی جریان محلی و عملکرد پیل در حضور موانع بهبود می‌یابد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Effects of baffle-blocked flow cathode channel on reactant transport and cell performance of a PEMFC

نویسندگان English

Seyed Ali Atyabi 1
Ebrahim Afshari 2
Mahmood Adami 3
چکیده English

In this study, we propose a configuration of partially blocked oxidant channel with baffle plates transversely inserted in the cathode channel and effects of the fluid dynamics due to the presence or non-presence of the baffles and their effect on the fuel cell performance is investigated. A 3D model with the presence of baffle plates is considered and a set of equations (continuity, momentum, species and charge together with electrochemical kinetics) in the form of single domain is developed and solved numerically. The baffles block the main flow in the cathode channel and force more reactant gases to turn to the GDL. This fact implies an enhancement of the oxygen flux at the GDL and catalyst surface, especially at the position beneath the location of the baffle plates. An increase in the number of baffles contribute to the reactant gas transport to GDL with more uniform distribution of gas in the GDL and catalyst layer, specially in high current densities, where it leads to a penalty of high pressure – loss. The predictions indicate that the local transport of the reactant gas would enhance the local current densities and the fuel cell performance in presence of baffle in the channel.

کلیدواژه‌ها English

PEMFC
baffle
Oxygen transport
Pressure drop
Fuel cell performance