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

Abstract

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.