بررسي اثر ساختار لايه‌ي نفوذ گاز بر مديريت آب در پيل سوختي پليمري با استفاده از روش شبكه-بولتزمن

كارشناسي ارشد

با توجه به گسترش روزافزون آلايندگي‌ها و محدود بودن سوخت‌هاي فسيلي توجه به پيل سوختي اهميت زيادي پيدا كرده است. پيل‌هاي سوختي پليمري در مقايسه با ساير پيل‌هاي سوختي رايج داراي راندمان بالاتري مي‌باشند و در مقايسه با انواع ديگر پيل سوختي، براي يك حجم و وزن معلوم، توان بيشتري توليد مي‌كنند. اين نوع پيل‌هاي سوختي به دليل دماي پايين به زمان كمي براي راه‌اندازي نياز دارد؛ همين خصوصيت آنها را بهترين گزينه در كاربردهاي وسايل نقليه به‌ عنوان جايگزين براي موتور احتراق داخلي ديزلي و بنزيني معرفي مي‌نمايد. يك بحث بسيار مهم در عملكرد پيل‌هاي سوختي پليمري مديريت آب در آنها است كه افزايش و كاهش بيش‌ از حد آب موجب بروز اختلال در عملكرد پيل سوختي مي‌شود. پيل سوختي پليمري داراي محيطي متخلخل و ناهمگن است، از اين‌ رو براي شبيه‌سازي جريان آب در چنين محيطي استفاده از روش شبكه ـ بولتزمن مزاياي فراواني به همراه دارد. هدف از اين پژوهش بررسي اثر فشردگي لايه‌ي نفوذ گاز و زاويه‌ي تماس قطره آب با الياف كربن (بخش اول) و همچنين اثر نحوه‌ي توزيع الياف كربن (بخش دوم) روي رفتار ديناميكي قطره آب در طول حركت در لايه‌ي نفوذ گاز مي‌باشد. در اين پژوهش شبيه‌سازي حركت قطره آب در لايه‌ي نفوذ گاز براي چهار ميزان مختلف فشردگي 0%، 15%، 20% و 25% با سه زاويه‌ي تماس مختلف 80 ، 105 (آب‌گريز) و 150 (به شدت آب‌گريز) انجام شده است و همچنين به طور مجزا حركت قطره آب با سه شعاع مختلف 15 ميكرومتر، 20 ميكرومتر و 25 ميكرومتر در لايه‌ي نفوذ گاز با سه مقدار متفاوت ميزان ناهمسانگردي 1 (توزيع الياف كربن به صورت كاملاً همسانگرد)، 10 (توزيع الياف كربن به صورت افقي ولي نه كاملاً افقي)، 100 (توزيع الياف كربن به صورت كاملاً افقي) مورد بررسي قرار گرفته است. در بخش اول نتايج نشان مي‌دهند كه به طور كلي فشرده كردن لايه‌ي نفوذ گاز و افزايش آب‌گريزي الياف كربني باعث دفع سريع‌تر قطره از لايه‌ي نفوذ گاز مي‌شوند، ولي براي هر زاويه‌ي تماس يك فشردگي خاص وجود دارد كه در آن فشردگي قطره آب سريع‌تر از ساير فشردگي‌ها از لايه‌ي نفوذ گاز دفع مي‌شود. در بخش دوم نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهند كه براي قطره‌هايي با شعاع كم افزايش ميزان ناهمسانگردي از عدد ۱ كه مربوط به توزيع الياف كاملاً همسانگرد است، موجب دفع سريع‌تر قطره آب از لايه‌ي نفوذ گاز مي‌شوند، ولي براي قطره‌هايي با شعاع بزرگ افزايش ميزان ناهمسانگردي كمكي به دفع سريع‌تر قطره آب نمي‌كند. واژه‌هاي كليدي: پيل سوختي پليمري، مديريت آب، لايه‌ي نفوذ گاز، فشردگي، زاويه‌ي تماس، روش شبكه ـ بولتزمن

190870

دانشگاه علم و صنعت ايران

قواي محركه

دكتر محمد حسن شجاعي فرد - دكتر غلامرضا مولايي منش