بخشی از مقاله
چکیده _پیلهای سوختی نوعی مبدل انرژی هستند که انرژی الکتروشیمیایی رامستقیماً بهانرژی الکتریکی تبدیل میکنند. دراین مقاله، یک پیل سوختی پلیمری به صورت سه بعدی شبیه سازی شدهاست. که به روش دینامیک سیالات محاسباتی بصورت غیر همدما با نرم افزار فلوئنت انجام شدهاست. بدینترتیب به بررسی تاثیر تغییرات هندسیدرساختمان پیل، تحلیل و بررسی چگونگی توزیع مولفههایی ازقیبل هیدروژن، اکسیژن و آب در ولتاژهای مختلف پرداخته شده و یکی از مهمترین موارد مورد بررسی تحقیق تاثیر تغییر رطوبت گاز ورودی به کانال گاز کاتد است. نتایج عددی مدل با نتایج آزمایشگاهی معتبر،اعتبار سنجی شده و سپس، گامهای مختلفی برای بررسی نحوه رفتار پیل و توزیع انواع گونهها انجام شدهاست.
مقدمه
یکی از مهمترین نیازمندیهای بشر از ابتدای دوران زندگی خود، نیاز به استفاده از منابع انرژی برای ادامه حیات بودهاست. پیلهای سوختی نوعی مبدل انرژی هستند که انرژی الکتروشیمیاییرا مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند. تقریبا همهی منابع انرژی تجدیدپذیر به صورت تناوبی در دسترس هستند اما به خودیخود قابل حمل یا ذخیره سازی نیستند و به همین دلیل نمیتوان از آنها به صورت سوخت در بخش حمل و نقل استفادهکرد.
از این رو به کارگرفتن یک حامل انرژی یا سیستم انرژی واسط به منظور ایجاد ارتباط بین منابع انرژی اولیه، تجدیدپذیر و بخشهای مختلف مصرف انرژی ضرورتی اجتناب ناپذیر است. پیلهای سوختی پتانسیل شیمیایی هیدروژن را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند که محصول جانبی آن، آب و حرارت است. کانالهای گاز و الکترودهای آند و کاتد و نیز غشاء اجزای اصلیِ سازنده پیل سوختی می باشند. در پیل سوختی، سوخت و اکسیژن به طور پیوسته ابتدا به الکترود آند و سپس کاتد تزریق میشود. در مجاورت الکترودها با انجام واکنشهای الکتروشیمیایی و ایجاد پتانسیل الکتریکی، جریان الکتریکی برقرار میگردد.
پیل سوختی پلیمری به لحاظ طراحی و کارکرد، گزینه بسیار جذابی در میان انواع پیل سوختی است. در پیل سوختی پلیمری، یک الکترولیت جامد پلیمری که هادی یون هیدروژن - پروتون - است، بین دو الکترود متخلخل قرار میگیرد. مهمترین کاتالیست مورد استفاده در پیل سوختی پلیمری پلاتین است.[1] غشاءِ هدایت کننده پروتون، قلب یک پیل سوختی پلیمری است. رایج ترین ماده به کار رفته به عنوان غشاء پلیمر، از خانواده پلیمرهای فلورینه با نام تجاری نفیون1 - ساخت شرکت - DuPont میباشد.
با استفاده از نرم افزار فلوئنت 6.3، مدل ایجاد شده را تحلیل و نتایج بدست آمده را بررسی می کنیم. این مدل با فرض های زیر شبیه سازی شده است: -1گازهای ورودی و خروجی ایده آل فرض شده است. -2جریان به دلیل پایین بودن گرادیان فشار، سرعت و در نتیجه عدد رینولدز، بصورت آرام و غیر قابل تراکم فرض شده است. -3شرایط حاکم بر پیل سوختی به صورت پایدار است. -4پیل سوختی به صورت مدل سه بعدی بوده و دمای صفحات دو قطبی و جریان های گاز ورودی به صورت دما ثابت فرض شده است.
برای حل مسئله، معیار همگرایی را 10- 8 در نظر می گیریم، که درمعادلات پتانسیل از روش کاهش ضرایب زیر تخفیف، به دلیل غیر خطی بودن، استفاده می شود. در این صورت روند همگرایی با اجرای نرم افزار فلوئنت به آسانی انجام می گیرد و می توان ضرایب مذکور را به تدریج برای رسیدن به مقادیر پیش فرض افزایش داد.
