آنالیز مودال عددی و آزمایشگاهی پیل‌سوختی 400 وات

Abstract

پیل‌سوختی پلیمری با توجه به وجود صفحات متعدد با هندسه و خواص مکانیکی متفاوت به عنوان یک سیستم با ساختار پیچیده در نظر گرفته می‌شود. شناخت این ساختار جهت طراحی پیل‌سوختی در برابر بارهای دینامیکی وارده مانند شوک و ارتعاش امری ضروری می‌باشد. در این مقاله، آزمون مودال پیل‌سوختی 400 وات که از 4 سلول تشکیل شده است انجام گردید و داده‌های آزمایشگاهی بدست‌آمده با نتایج شبیه‌سازی عددی مورد مقایسه قرار گرفت. پیل‌سوختی مورد نظر در جهات عرضی و طولی تحریک شده و نتایج خروجی سنسورها در چند نقطه ثبت گردید. سپس، با تفسیر نتایج در حوزه زمان و استفاده از روش پاسخ فاز، فرکانس طبیعی عرضی و طولی اول مدل استخراج گردید. نتایج آزمون نشان داد که فرکانس عرضی اول مدل 500 هرتز و فرکانس طولی اول حدود 2500 هرتز است. همچنین، مقایسه فرکانس‌های بدست آمده از آزمون و تحلیل عددی، اختلاف حداکثر 8 درصد را نشان می‌دهد. بنابراین، تحلیل عددی مدل با جزئیات کافی می‌تواند به شکل مناسبی خواص ارتعاشی مدل واقعی را پوشش دهد. همچنین، نتایج نشان داد که با تغییر 45 درصدی خواص هندسی و مکانیکی غشا، فرکانس طبیعی پیل‌سوختی تقریبا 4% تغییر می‌بابد. حذف صفحات غشا علاوه بر کاهش تعداد المان‌های مدل منجر به کاهش قیود تماس نیز می‌گردد، به طوری که در پیل‌سوختی مورد نظر هزینه محاسباتی با حذف صفحات غشا در مدل عددی 17% کاهش یافته است.