مرطوب سازی بهینه گازهای واکنشگر پیل سوختی غشا پلیمری تاثیر بسزایی در عملکرد آن دارد. در این مطالعه، یک مدل تحلیلی از مرطوب ساز غشایی برای پیل سوختی غشا پلیمری ارائه و تاثیر دبی ها، فشارها و دماهای ورودی مرطوب ساز بر عملکرد آن بررسی شده است. به این منظور، با نوشتن معادلات حاکم شامل: معادلات انتقال آب در غشا و قانون بقا انرژی در مرطوب ساز، یک دستگاه معادلات غیر خطی تشکیل شده که به روش تکرار، با استفاده از برنامه نویسی فرترن حل شده است. در هر مرحله، دماهای خروجی، نرخ انتقال آب از غشا، رطوبت نسبی و نقطه شبنم خروجی گاز خشک محاسبه و تحلیل شده اند. هر چه اختلاف نقطه شبنم ورودی سمت مرطوب و خروجی سمت خشک کمتر باشد، عملکرد مرطوب ساز بهتر است. نتایج نشان می دهد افزایش دبی ورودی سمت خشک، سبب افت عملکرد اما افزایش دبی ورودی در سمت مرطوب سبب بهبود عملکرد مرطوب ساز می شود. با افزایش فشار ورودی کانال خشک، عملکرد مرطوب ساز بهتر می شود؛ در حالی که فشار ورودی سمت مرطوب اثر قابل توجهی بر عملکرد آن ندارد. بررسی تاثیر دما نشان می دهد پیش گرم کردن گاز خشک ورودی ضروری به نظر نمی رسد و استفاده از گاز مرطوب سردتر عملکرد مرطوب ساز را بهبود می بخشد.

گازهای واکنشگر در هنگام ورود به توده پیل سوختی غشاء پلیمری بایستی دارای رطوبت بهینه باشند. مرطوب سازی این گازها به کمک یک مرطوب ساز غشایی صورت می پذیرد. در مطالعه حاضر یک مدل تحلیلی جهت بررسی عملکرد یک مرطوب ساز غشایی آب-گاز مورد استفاده در پیل سوختی ارائه شده است. در ابتدا روابط بقای جرم و انرژی را برای سمت گاز مرطوب ساز اعمال نموده که در نتیجه آن یک دستگاه معادله غیرخطی بر حسب دما و نسبت رطوبت گاز خروجی از مرطوب ساز حاصل می شود. با حل دستگاه معادله حاصله، می توان به ارزیابی عملکرد مرطوب ساز از نقطه نظر دما و نقطه شبنم گاز خروجی از آن پرداخت. به کمک مدل توسعه داده شده، تاثیر عواملی نظیر دبی گاز، طول کانال، دما و فشار گاز ورودی به مرطوب ساز، عمق کانال گاز و ... بر رطوبت نسبی و دمای خروجی و نیز نقطه شبنم گاز خروجی از مرطوبساز بررسی شد. نتایج نشان می دهد که عمق کانال اثری بر دما و رطوبت گاز مرطوب خروجی ندارد. همچنین افزایش طول کانال سبب افزایش نقطه شبنم گاز خروجی از مرطوب ساز می شود اما رطوبت نسبی ورودی تاثیر چندانی بر روی نقطه شبنم گاز مرطوب خروجی ندارد. افزایش دمای هوای ورودی به مرطوب ساز نیز عملکرد مرطوب ساز را بهتر نمی کند. همچنین نتایج حاصل از مدل نشان می دهد که با افزایش فشار ورودی و استفاده از دبی هوای کمتر، عملکرد مرطوب ساز ارتقاء می یابد.

پیل سوختی بهترین پیشنهاد برای جایگزینی موتورهای درونسوز می باشد. سیستم های پیل سوختی هیچ گونه آلودگی نداشته و اجزای متحرک ندارند. بازده پیل های سوختی بیش از سه برابر موتورهای درونسوز است. مدلسازی رفتار پیل سوختی غشای تبادل پروتون دارای پیچیدگی های ویژه ای می باشد و تعیین عملکرد آن بر حسب ویژگی های ساختاری آن یکی از پارامترهای مورد نیاز برای شناخت بیشتر رفتار پیل های سوختی غشای تبادل پروتون می باشد. در این مطالعه، یک نوع پیل سوختی غشا پلیمری برای کاربرد در خودرو تحلیل گردید. در این مدل سازی، انواع حرارت های تولیدی-مصرفی در سمت های آند و کاتد (از قبیل: حرارت نیم واکنش ها، حرارت اکتیواسیون، حرارت جذب/دفع و. . . ) لحاظ گردید و تحت این شرایط عملکرد پیل سوختی بررسی شد. نتایج حاصل از شبیهسازیها نشان داد که مقدار همهی احرارتها در طول کانال جریان کاهش پیدا میکند (با متوسط عدد رینولدز 612). بررسی تاثیر رطوبت نسبی نشان داد که رطوبت نسبی آند در طول کانال جریان کاهش می باید. سرعت در لایه غشا به دلیل کوچک تر بودن ضریب نفوذپذیری این لایه نسبت به لایه های پخش گاز و واکنشگرها (کاتد) بسیار کمتر می باشد. متن کامل این مقاله به زبان انگلیسی می باشد. لطفا برای مشاهده متن کامل مقاله به بخش انگلیسی مراجعه فرمایید.لطفا برای مشاهده متن کامل این مقاله اینجا را کلیک کنید.

در این مطالعه، یک نوع پیل سوختی غشا پلیمری برای کاربرد در خودرو تحلیل گردیده و در این راستا متغیرهای اثر گذار بر عملکرد پیل از قبیل درصد رطوبت، نرخ جریان، دما و فشار گازهای ورودی و همچنین مدیریت آب و حرارت که از چالش های اصلی این پیل ها می باشد، بررسی شده است. بدین منظور، معادلات پیوستگی، مقدار حرکت، بقا اجزای، انرژی و شارژ به همراه روابط سینتیک الکترو شیمیایی در نواحی مختلف پیل به صورت الگوی تک ناحیه ای تدوین و به روش عددی حل شده اند و منحنی های ولتاژ و چگالی توان بر حسب چگالی جریان پیل در شرایط عملکردی مختلف به دست آمده است. نتایج نشان می دهد که افزایش فشار و دما در تمامی ولتاژهای خروجی پیل باعث بهبود عملکرد پیل می شود. در ولتاژهای خروجی بالا که تغییر فاز در پیل سوختی اتفاق نمی افتد، افزایش درصد رطوبت و کاهش نرخ جریان ورودی بر عملکرد پیل تاثیر مثبت می گذارد، اما در ولتاژهای خروجی پایین، عملکرد پیل با افزایش درصد رطوبت و کاهش نرخ جریان کاهش می یابد. همچنین افزایش فشار، درصد رطوبت ورودی و نرخ جریان منجر به اتلاف بخشی از توان تولیدی پیل سوختی می گردد.

با افزایش آلودگی زیست محیطی استفاده از انرژی های تجدیدپذیر اهمیت بالایی پیدا کرده است. پیل سوختی غشا پلیمری، یکی از روش‏های تولید انرژی تجدیدپذیر است که به دلیل بسیاری از مزایای آن، مانند انتشار کم آلودگی و راندمان بالا، در طیف وسیعی از زمینه‏ها به کار رفته است. در پیل سوختی، ابعاد اجزاء نقش مهمی در عملکرد آن دارد. در این پژوهش، حل عددی در حالت پایا، سه بعدی، دوفاز و دما ثابت انجام شد. اثر ابعاد سطع مقطع کانال، ضخامت غشا، ضخامت لایه‏ نفوذ گاز، ضخامت لایه کاتالیست و اندازه شانه کانال بر عملکرد پیل سوختی غشا پلیمری مطالعه گردید. این آنالیز شامل مطالعه دو شاخص حداکثر چگالی توان و میانگین چگالی جریان است که در طیف وسیعی از ولتاژ‏های عملیاتی بررسی می‏گردد. نتایج نشان می‏دهد که تعیین ابعاد مناسب برای اجزاء پیل، تأثیر زیادی بر بهبود عملکرد می‏گذارد. با مقایسه اثر ابعاد برروی این شاخص‏ها، رتبه بندی متفاوتی به‏دست می‏آید. کاهش عرض کانال و ضخامت غشا پلیمری بیش‏ترین نقش را در تعیین عملکرد پیل دارد. تطابق خوبی بین نتایج شبیه سازی عددی و داده‏های تجربی حاصل گردید.