بررسی عددی تاثیر شرایط عملیاتی مختلف بر عملکرد هواپیمای بدون سرنشین با سیستم پیشرانش پیل سوختی به‌کمک روش طراحی آزمایش

Abstract

در پژوهش حاضر به مطالعه تاثیر شرایط عملکردی مختلف بر راندمان یک پهپاد با پیشرانش پیل سوختی غشای پلیمری با استفاده از روش طراحی آزمایش پرداخته شده‌است.بدین منظور ضمن طراحی یک سیکل ترمودینامیکی بر مبنای مطالعات گذشته،استک پیل سوختی مفروض به‌صورت صفربعدی شبیه‌سازی و مدل عددی اعتبارسنجی شده‌است.در ادامه معادلات ترمودینامیکی حاکم برای کلیه اجزای سیکل نوشته شده و راندمان استک پیل سوختی و سیستم محاسبه گردیده‌است.به‌منظور بررسی تاثیر شرایط عملیاتی مختلف بر راندمان پیل سوختی و سیستم و بهینه‌سازی، روش رویه پاسخ و طرح مرکب مرکزی مورد استفاده قرار گرفته‌است. بدین منظور ارتفاع عملیاتی، فشار کاری و نرخ استوکیومتری کاتد به‌عنوان پارامترهای مستقل ورودی و راندمان استک پیل سوختی و کل سیکل ترمودینامیکی به‌عنوان پاسخ درنظر گرفته شده‌اند. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که افزایش فشار کاری سبب افزایش راندمان استک پیل سوختی و سیکل به ترتیب به میزان٪5/3 و ٪5/14 می‌شود. از سوی دیگر هرچند افزایش استوکیومتری کاتد بهبود عملکرد پیل سوختی را درپی دارد،اما سبب کاهش شدید (حداکثر ٪6/30) راندمان سیکل می‌گردد. بررسی تاثیر ارتفاع عملیاتی بیانگر این نتیجه است که اثرات افزایش ارتفاع برراندمان پیل سوختی قابل صرفنظر است، اما با افزایش ارتفاع عملیاتی راندمان سیکل بیش از ٪30 کاهش می‌یابد برمبنای نتایج این مطالعه در هر ارتفاع عملیاتی برای یک پهپاد،بیشترین راندمان زمانی حاصل می‌شود که فشار کاری در کران بالا و نرخ استوکیومتری کاتد در کران پایین قرار گیرند.