Original scientific paper
Numeričko istraživanje efekata poroznih svojstava i debljine sloja na performance protonske izmjenjivačke membrane gorive ćelije
Utku GULAN
; ERH Zürich, Institute of Environmental Engineering, Chair of Groundwater and Hydromechanics,Zürich, Switzerland
Hasmet TURKOGLU
; Gazi University, Faculty of Engineering and Architecture, Department of Mechanical Engineering, Maltepe, Ankara, Turkey
Abstract
U ovom radu je numerički analizirano strujanje fluida i raspodjela koncentracije
protonske izmjenjivačke membrane na katodnoj strani gorive ćelije. Problemska
domena se sastoji od kanala katode kroz koji struji plin, difuznog sloja plina
na strani katode kao i katodnog katalitičkog sloja. Generalne jednadžbe,
jednadžbe kontinuiteta, jednadžbe količine gibanja i jednadžbe koncentracije
su diskretizirane metodom kontrolnog volumena i riješene koristeći računarski
program koji je baziran na algoritmu SIMPLE. Simulacije su napravljene za
različite vrijednosti poroznosti difuzijskog sloja na strani plina, poroznosti
katalitičkog sloja i omjera debljine difuzijskog sloja na strani plina i visine kanala
kroz koji struji plin. Koristeći rezultate ovih simulacija, analizirani su efekti ovih
parametara na strujanje, koncentraciju kisika i raspodjelu gustoće struje. Uočeno
je da se s povećavanjem poroznosti difuzijskog sloja na strani plina i katalitičkog
sloja, povećava se jakost struje i snage. Povećavanjem poroznosti difuzijskog
sloja na strani plina, povećava se i koncentracija kisika i u difuzijskom sloju na
strani plina i u katalitičkom sloju, ali se smanjuje koncentracija kisika u kanalu
kroz koji struji plin. Simulacije su također pokazale da povećavanjem poroznosti
u katalitičkom sloju povećavaju u njemu koncentraciju kisika, ali smanjuje
se koncentracija kisika u kanalu strujanja plina kao i u difuzijskom sloju na
strani plina. Također je uočeno da je efekt poroznosti u difuzijskom sloju na
straniplina bitno utjecajniji na performanse gorive ćelije od poronosti kataltičkog
sloja. Analiza efekta omjera debljine difuzijskog sloja na strani plina na katodi
i visine kanala kroz koji struji plin na performance gorive ćelije je pokazala da
se povećavanjem debljine difuzijskog sloja plina na katodi u odnosu na visinu
kanala, smanjuje jakost struje i gustoću snage. Analiza podataka dobivena
simulacijom također pokazuje da se povećavanjem omjera debljine difuzijskog
sloja plina na strani katode prema visini kanala, povećava koncentraciju kisika
u kanalu strujanja plina ali smanjuje koncentraciju kisiku i u dufuzijskom sloju
plina i katalitičkom sloju.
Keywords
Porozni medij; Protonska izmjenjivačka membrana; gorivih ćelija; Računarska dinamika fluida
Hrčak ID:
66558
URI
Publication date:
29.10.2010.
Visits: 1.718 *