نوع مقاله : مقالة تحقیقی (پژوهشی)
نویسندگان
1 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
3 استاد دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
چکیده
در این مقاله به بررسی تاثیرات تغییر پارامترهای هندسی کانالهای جریان بر روی توزیع دما و دانسیته جریان الکتریکی و همچنین عملکرد پیل سوختی غشا پلیمری پرداخته شده است. هدف، بررسی موارد مذکور با تغییر عرض و عمق کانالهای جریان و همچنین تغییر عرض شانه کانال می باشد. برای این منظور شبیه سازی عددی به صورت دو بعدی و با استفاده از معادلات بقای پتانسیل الکتریکی، قانون دارسی در محیط متخلخل، معادلات استفان-ماکسول برای انتقال جرم، معادله انرژی، معادلات الکتروترمال و معادله ولمر- باتلر، انجام شده است. نتایج حاکی از آن است که تغییر در ابعاد و فاصله بین کانالها بر روی توزیع دانسیته جریان الکتریکی، توزیع دما و همچنین عملکرد پیل سوختی غشا پلیمری تاثیرات قابل توجهی دارد. نتایج نشان می دهند که با کاهش عرض شانه و عمق کانالهای جریان و همچنین افزایش عرض کانالها، مقدار عملکرد کلی پیل افزایش یافته و حداکثر دما نیز کاهش می یابد.
کلیدواژهها
- پیل سوختی غشا پلیمری
- کانال های جریان
- شبیه سازی عددی
- پارامترهای هندسی کانال
- توزیع دما
- توزیع دانسیته جریان الکتریکی
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Effects of Geometrical Parameters of Gas Flow Channels on Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Performance
نویسندگان [English]
- Hamed Moeini 1
- Ebrahim Afshari 2
- Karim Mazaheri 3
1 MSC , Department of Aerospace Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
2 Associate Professor, ِ Department of Mechanical Engineering, Facultiy of Engineering, University of Isfahan, Isfahan, Iran
3 Faculty of Aerospace department, Sharif University of tech, Tehran, Iran
چکیده [English]
In the present study, the effects of geometrical properties of gas flow channels on both current density and temperature distributions inside a polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell are investigated. The main purpose here is to clarify the effects of the variation of width, depth, and the ribs of flow channels on the fuel cell performance. To do this, the fuel cell is numerically simulated in two dimensions. The governing equations consist of the conservation of the electrical potential, Darcy’s law as alternative to the momentum equation, Maxwell-Stefan equation for mass transport, energy conservation, and electro-thermal equations along with the Butler–Volmer equation. Numerical results indicate that the width of channels and their ribs have more sensible effects than the depth of flow channels on the current density and temperature distributions and fuel cell performance. While the maximum temperature of the cell is increased by increasing the width of the flow channels, the current density distribution and fuel cell performance can be improved. By decreasing the width of their ribs or depth of channels, the performance of the fuel cell is improved and its maximum temperature is decreased.
کلیدواژهها [English]
- Polymer Electrolyte Membrane Fuel cell
- Membrane
- Electrodes
- Current density
- Temperature distribution