اثر مانع در کانال جریان گاز کاتد بر انتقال واکنش‌دهنده‌ها و عملکرد پیل سوختی غشا پلیمری

Abstract

در این مطالعه، با قرار دادن یک یا چند مانع در کانال کاتد پیل سوختی غشا پلیمری، تأثیرات دینامیک سیالات ناشی از وجود/عدم وجود مانع در کانال و همچنین اثر مانع بر عملکرد پیل سوختی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور با در نظر گرفتن یک مدل سه بعدی پیل سوختی که بخشی از کانال کاتد مسدود شده است، معادلات پیوستگی، مومنتوم، گونه‌های جرمی و بقای بار الکتریکی به‌صورت حالت‌ پایا در سیستم مختصات کارتزین با استفاده از یک دامنه کلی و روش حجم محدود حل شده است. نتایج نشان می‌دهد که با قرار دادن یک مانع، در مقایسه با حالت بدون مانع، بیشترین افزایش سرعت در لایه پخش گاز (زیر مانع حدود 6 برابر سرعت) رخ داده است و گازهای واکنش‌دهنده بیشتری مجبور به ورود به لایه پخش گاز می‌شود که به واکنش‌های شیمیایی کمک می‌کند و عملکرد پیل سوختی را بهبود می‌بخشد. همچنین افزایش تعداد موانع بر انتقال گازهای واکنش‌دهنده و توزیع یکنواخت‌تر گازها در لایه پخش گاز و لایه کاتالیست، مخصوصاً در دانسیته جریان‌های بالا، کمک می‌کند؛ اما افت فشار در کانال کاتد را افزایش می‌دهد. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که انتقال موضعی واکنش‌دهنده، تولید چگالی جریان محلی و عملکرد پیل در حضور موانع بهبود می‌یابد.