طراحی جدید و بررسی عملکرد میدان جریان پیل سوختی غشاء پلیمری جهت بهبود عملکرد برای کاربرد در یک وسیله هوایی

Abstract

از مهم‌ترین قسمت‌های پیل‌های سوختی پلیمری صفحات دوقطبی می‌باشد که از طریق مسیر کانال‌هایی که به‌عنوان میدان جریان در این صفحات مطرح می‌گردد، دسترسی گازهای واکنش‌گر به سطح لایه‌های کاتالیست برای انجام واکنش‌های الکتروشیمیایی پیل سوختی امکان‌پذیر می‌باشد. تاکنون محققان بسیاری به طراحی میدان جریان‌های مختلفی برای پیل‌های سوختی پرداخته‌اند. گرچه هر یک از مدل‌های مطرح‌شده دارای مزایا و معایب مربوط به خود می‌باشد؛ اما یک طراحی مناسب برای میدان جریان پیل سوختی که توزیع یکنواخت گازهای واکنش‌گر را روی سطح لایه کاتالیست داشته باشد، دسترسی به عملکرد بالاتر و عمر بیشتر پیل‌های سوختی را نتیجه می‌دهد و از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در این تحقیق به معرفی یک الگوی جریان جدید برای میدان جریان پیل سوختی پرداخته‌شده است و نتایج عددی بدست آمده با یک مدل با آرایش متداول موازی مورد مقایسه قرار گرفته‌شده است. میدان جریان ارائه‌شده به صورت مارپیچ اصلاح‌شده با ابعاد کلی پیل 6400 میلی‌متر مربع بوده که دسترسی به توزیع یکنواخت گازهای واکنش‌گر، چگالی جریان و دما ممکن شده است. افزایش 66 درصدی چگالی جریان محدود و رشد 1.7 برابر چگالی توان با اصلاح آرایش برای میدان جریان محقق شده است. در ادامه با در نظر گرفتن نقطه طراحی پیل سوختی بر اساس منحنی چگالی توان مدل جدید ارائه‌شده، به بررسی مشخصات و توان ویژه پیل سوختی در یک مأموریت هوایی پرداخته‌شده است و دسترسی به توان مخصوص بالا که در کاربردهای هوایی اهمیت ویژه‌ای دارد، حاصل‌شده است.