شبیه‌سازی همزمان لایه انتشار گاز و کانال هوا در پیل سوختی مبادله پروتون: بررسی در مقیاس حفره فلودینگ آب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی شاهرود

2 Shahrood University of Tech, Shahrood, Iran

چکیده

در این مطالعه، از روش شبکه بولتزمن برای بررسی انتقال آب مایع در لایه انتشار گاز(GDL) و کانال گاز(GC) قسمت کاتد پیل سوختی غشای مبادله پروتون استفاد شده است. لایه انتشار گاز از جنس کربن کاغذ بوده و به روش تصادفی ساخته شده است. این بررسی به صورت میکروسکوپی انجام شده و رفتار خوشه‌های آب مایع از مرز مشترک کانالیزور-لایه انتشار گاز تا کانال گاز به تفصیل مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مطالعه رفتار دینامیکی آب مایع در مدت زمان حذف از لایه انتشار گاز الکترود کاتد شبیه‌سازی شده و اثرات قابلیت خیسی لایه انتشار گاز بر روی پروسه حذف و توزیع آب مایع مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این به مطالعه رفتار دینامیکی و اشباع آب مایع در لایه انتشار گاز در دو حالت پایا و غیر پایا پرداخته شده است. همچنین تعداد خوشه‌های موثر، عمل اتصال بین خوشه‌ها و زمان رسیدن به حالت پایا مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که هر چه زاویه تماس سطوح لایه انتشار گاز بیشتر شود، زمان رسیدن آب به کانال گاز و زمان رسیدن به توزیع اشباع آب در حالت پایا کاهش خواهد یافت، به همین دلیل سطوح جامد آبگریزتر باعث بهبود مدیریت آب مایع در لایه انتشار گاز پیل سوختی غشای مبادله پروتون خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Simultaneous Simulation of Gas Diffusion Layer and Air Channel in a PEM Fuel Cell: Pore-Scale Modeling of Water Flooding

نویسنده [English]

  • Mohsen Nazari 2
چکیده [English]

In this study, Lattice Boltzmann method (LBM) is used to investigate liquid water transport in a carbon paper gas diffusion layer (GDL) and gas channel (GC) of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC). The carbon paper GDL is reconstructed using the stochastic method. This work is done in a microscopic porous structure and behavior of liquid water clusters from catalyst layer / GDL interface to gas channel is studied. In this study, the dynamic behavior of liquid water during removal from gas diffusion layer (GDL) of a PEMFC electrode is simulated using LBM. The effects of GDL wettability on the removal process and liquid water distribution are investigated. In addition, liquid water dynamic behaviors and liquid water saturation within the GDL in two case of steady and transient are explored. This study focuses on the effects of surface wettability on the number of effective clusters, merging of clusters, and the required time for reaching the steady-state water distribution. The simulation results show that by increasing the contact angle of fibers in GDL, the required time to obtain a steady-state water distribution is reduced. Therefore, if the solid surface becomes more hydrophobic, water management will be improved in the gas diffusion layer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • LIQUID WATER
  • Gas diffusion layer
  • WETTABILITY
  • LIQUID WATER SATURATION