تحلیل خطا های ابعادی صفحات دوقطبی فلزی در تک سلول پیل سوختی پلیمری

توسعه ی فناوری پیل های سوختی پلیمری جهت تولید برق و حرارت در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. در میان اجزای اصلی پیل های سوختی پلیمری، صفحات دوقطبی تاثیر قابل توجهی بر هزینه و کارایی سامانه دارند. صفحات دوقطبی فلزی شکل دهی شده با ورق های نازک، به دلیل مزایایی همچون هزینه ، استحکام مکانیکی و چگالی توان مناسب به عنوان جایگزین صفحات مرسوم گرافیتی گسترش یافته اند. انعطاف پذیری این قطعات و برگشت فنری حین شکل دهی، خطاهای ابعادی را اجتناب ناپذیر می نماید و منجر به توزیع نامناسب فشار تماسی صفحات دوقطبی با لایه نفوذ گاز و افت کارایی پیل سوختی می گردد. افزایش بیش از حد دقت تولید صفحات دوقطبی موجب افزایش هزینه و کاهش قابلیت گسترش عمومی فناوری می شود. بنابراین، به منظور کاهش هزینه های غیرضروری، مدیریت طراحی و ساخت، بهبود کارایی و تدوین دانش فنی، تحلیل خطاهای ابعادی صفحات دوقطبی فلزی توسط روش اجزا محدود و شبیه سازی مونت کارلو انجام می گردد. ابتدا مدل تماس صفحه ی دوقطبی و لایه نفوذ گاز توسعه می یابد و ارتفاع کانال ها و دندانه های صفحه ی دوقطبی بصورت پارامتری با تغییرات تصادفی و توزیع نرمال خطای ابعادی مطرح می گردد. سپس، توزیع فشار روی لایه نفوذ گاز (Pave و Pstd) به ازای خطاهای ابعادی مختلف توسط شبیه سازی مونت کارلو به دست می آید. با افزایش مقدار تلرانس ابعادی از mm ۰۱۵/۰± تا mm ۰۷۵/۰±، میانگین فشار تماسی (Pave) ۱۱% افت و انحراف معیار فشار تماسی (Pstd) تا بیش از ۹۰% افزایش یافته است. یعنی توزیع مطلوب فشار لایه نفوذ گاز با افزایش خطای ابعادی کاهش می یابد و می توان تلرانس های ابعادی مناسب برای صفحات دوقطبی فلزی را مطابق نیازهای مهندسی تعیین نمود.

کلیدواژه ها:

PEM fuel cell performance ، Metallic bipolar plates ، dimensional errors ، Finite element model ، Monte Carlo simulation ، کارایی پیل سوختی پلیمری ، صفحات دوقطبی فلزی ، خطاهای ابعادی ، مدل اجزا محدود ، روش مونت کارلو