شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی دوفازی از حرکت قطره در میدان جریان و منیفولد سمت کاتد پیل سوختی پلیمری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آزمایشگاه تحقیقاتی فناوری پیل سوختی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 آزمایشگاه تحقیقاتی فناوری پیل سوختی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر ، فریدونکنار، ایران.

3 خواجه نصیر*مهندسی مکانیک

4 دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی

چکیده

پیل سوختی پلیمری با ترکیب اکسیژن و هیدروژن و تولید آب، انرژی آزادشده در طی فرایند شیمیایی را به برق تبدیل می‌کند، لذا به عنوان انرژی پاک بسیار مورد توجه می‌باشد. مهم‌ترین موانع در راستای تجاری‌سازی این فناوری، مشکلات مربوط به کنترل میزان آب تولیدی و مدیریت آن در پیل سوختی، مدیریت گرما و غیره می‌باشد. موضوع مدیریت آب در پیل‌های سوختی پلیمری، دراجزای مختلف آن قابل تحقیق است، در کار حاضر به بررسی فرایند حرکت قطرات شکل گرفته در کانال‌های جریان گاز، مرتبط با پیل سوختی پلیمری به همراه منیفولد های ورودی و خروجی، به منظور فهم صحیح از دینامیک جریان مایع، پرداخته شده است. با توجه به ابعاد کوچک این کانال‌ها، توازن نیروهای غالب و موثر بر حرکت جریان مایع به سمت کشش و چسبندگی سطحی می‌باشد، بنابراین، از مدل نیمه تجربی هافمن به همراه روش دوفاز عددی حجم سیال برای شبیه‌سازی حاضر استفاده شده و هندسه اصلاح شده مورد یررسی قرارگرفته است، در این مطالعه زاویه تماس دینامیک و حرکت دینامیک قطره در یک هندسه کاربردی که شامل منیفولدهای توزیع کننده جریان گاز در پیل سوختی پلیمری می‌باشد با استفاده از مدل دوفازی حجم سیال مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. اثر شیب‌دار کردن مقطع منیفولد بر دفع قطرات آب مایع نسبت به حالت مستقیم نیز مورد بررسی قرار گرفته است. با تغییر هندسه منیفولدهای ورودی و خروجی مشکل ایجاد شده در هندسه متداول که موجب انسداد کانال ناشی از آب مایع می‌شده، بر طرف می‌شود. درنتیجه اصلاح هندسه سبب بهبود مدیریت آب در کانال‌ها می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Two Phase Computional Fluid Dynamics Simulation of droplets Motion in Cathode Gas Flow Channels and Manifold of PEMFC

نویسندگان [English]

  • Sayed Hossein Masrouri Saadat 1
  • Mazaher Rahimi Esboee 2
  • mehrzad shams 3
  • majid ghasemi 4
1 Fuel Cell Technology Research Laboratory, Malek Ashtar University of Technology
2 Fuel Cell Technology Research Laboratory, Malek Ashtar University of Technology, Fereydounkenar, Iran.
3 Faculty of Mechanical Engineering K.N. Toosi University of Technology P.O Box: 19395-1999 Tehran, Iran
4 Faculty of Mechanical Engineering K.N. Toosi University of Technology P.O Box: 19395-1999 Tehran, Iran
چکیده [English]

For conquering the crisis of the diminution of fossil fuels resources and environmental problems owing to their excessive consumption, some alternative technologies have been introduced. Among these possible choices, the fuel cell technology is a prominent candidate for a large scale and long term energy source. Between different types of fuel cells, the Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) attracts greatest interest for its noticeable advantages and more over for being a “Green Energy” as it simply generates electricity by combining Oxygen and Hydrogen and producing merely water. However, the most important hindrances in the way of commercializing this technology are those associated with water and heat management in PEM fuel cells. In the present work the dynamic and droplet motion mechanisms is simulated by Volume of Fluid (VOF) two phase technique and implementing of Hoffman function as hysteresis model. In this study, the dynamic contact angle of the droplet motion is considered and the dynamic motion of the droplet is investigated in an application geometry that includes the manifolds of the gas flow distributor in the PEMFC. The effect of the manifold slopes on the discharge of liquid water droplets compare to straight manifold has also been studied. By changing the geometry of the inlet and outlet manifolds, the problem created in conventional geometry, which causes the obstruction of the channel caused by liquid water, is overcome, thus improving geometry improves water management in the channels.

کلیدواژه‌ها [English]

  • PEM fuel cell
  • Water management
  • Two phase flow
  • Droplet Dynamic
  • Hoffman function