بررسی عددی اثر چیدمان پله ای موانع بر جریان دوفازی آب-هوا در کانال کاتد پیل سوختی غشاء تبادل پروتون

در این پژوهش، بهبود عملکرد پیل های سوختی غشاء تبادل پروتون (PEMFC) از طریق مطالعه عددی اثر هندسه و چیدمان موانع پله ای بر جریان دوفازی آب و هوا در کانال کاتد بررسی شده است. شبیه سازی ها با استفاده از روش حجم سیال (VOF) در نرم افزار ANSYS Fluent انجام شده است. ابعاد کانال شامل ورودی کانال ۲۵/۰ میلی متر، فاصله ورودی تا اولین مانع ۷/۰ میلی متر، فاصله بین دو مانع ۵/۳ میلی متر و طول کانال ۴/۶ میلی متر است. در این مطالعه اثر موانع بر پارامترهایی نظیر افت فشار، زمان تخلیه قطرات آب و نسبت پوشش آب تحلیل شده است. نتایج نشان دادند که وجود موانع در کانال باعث کاهش زمان تخلیه قطرات آب می شود. به عنوان نمونه، در هندسه دارای دو مانع با ارتفاع نسبی ۰.۰۸۶ و ۰.۱۲۵ و طول نسبی ۰.۱۶، زمان تخلیه قطره برای عدد رینولدز ۴۰۰ به ۰.۰۳۳ ثانیه کاهش یافت، که نسبت به کانال ساده زمان تخلیه را بهبود می دهد. همچنین، افت فشار در این هندسه برابر با ۸۲۳.۳۶۶۳ پاسکال است، که افزایش قابل توجهی را نشان می دهد. علاوه بر این، نسبت پوشش آب (WCR) در این هندسه به ۰.۱۰۵ کاهش یافته است. این مطالعه نشان داد که طراحی مناسب هندسه و چیدمان موانع می تواند مدیریت آب در پیل های سوختی را با کاهش زمان تخلیه قطرات و کنترل افت فشار بهینه سازی کند. بهترین هندسه کانال با توجه به افت فشار کمتر و زمان تخلیه مطلوب، مربوط به چیدمان دارای دو مانع با نسبت ارتفاع و طول ۰.۰۸۶ و ۰.۱۲۵ است.

کلیدواژه ها:

پیل سوختی غشا پروتون ، جریان دوفازی ، موانع پله ای ، روش حجم سیال ، نسبت پوشش آب