COMPUTATIONAL INVESTIGATION OF POLYMER ELECTROLYТЕ MEMBRANE FUEL CELL WITH NATURE-INSPIRED FIBONACCI SPIRAL FLOW FIELD
DOĞADAN İLHAM ALAN FIBONACCI SPİRAL AKIŞ ALANINA SAHİP POLİMER ELEKTROLİT MEMBRANLI YAKIT PİLİNİN HESAPLAMALI İNCELENMESİ
- Tez No: 1007497
- Danışmanlar: PROF. DR. UMIT O. KOYLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Enerji, Mechanical Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Mıssourı Unıversıty Of Scıence And Technology (unıversıty Of Mıssourı-Rolla)
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Polimer elektrolit membranli yakıt pilleri (PEMFC) gelecek vaat eden temiz enerji araçlarıdır. Reaksiyona giren maddelerin verimli bir şekilde dağıtılmasi ve olusan ürünlerin etkin bir sekilde uzaklaştırılması acisindan akış alanı tasarımı PEMFC performansında çok önemli bir role sahiptir. Son dönemlerde literatürde doğadan esinlenen çeşitli akış alanı tasarımları öne sürülmüştür. Bu tasarımların ortak özellikleri, keskin kıvrımlar ve köşeli alanlarla sınırlandırılmış akış alanı geometrileri yoluyla akış yönünde ani değişmelerin olmasıdır. Bu tez çalışmasında, kasırgalardan deniz kabuklarına kadar doğada kendine yer bulmus olan Fibonacci spiral yapısı, bir PEMFC'nin akış alanı modeli için degerlendirilmistir. Daha önce yapılan çalışmalarda önerilen doğadan esinlenilmiş tasarımların aksine, kavisli spiral kanal ve yuvarlak alanla sınırlandırılmış akış alanı geometrisi sayesinde akış yönünde sürekli yumuşak bir değişim elde edilmiştir. Fibonacci spiral akış kanalına sahip PEMFC performansı için hesaplamali çalışmalar, yönetici elektrokimyasal denklemlerin Ansys Fluent program kullanarak çözülmesiyle gerçekleştirilmiştir. Fibonacci spiral geometrisine ek olarak, yeni bir dikdörtgensel spiral tasarımı ve geleneksel paralel tasarım da performans karşılaştırmaları için simule edilmiştir. Her üç akış alanı tasarımı için basınç, hız, reaksiyon maddesi konsantrasyonları ve su kütle oranlarının dağılım konturlarına ek olarak polarizasyon, güç yoğunluğu ve gerekli kompresör gücü başına yakıt hücresi güç çıkışı eğrileri hesaplanmıştır. Fibonacci spiral tasarımı, dikdörtgensel spiral ve geleneksel paralel tasarımlara kıyasla homojen reaktan dağılımı, gelişmiş su yönetimi ve son derece düşük basınç kaybı sergilemiştir.
Özet (Çeviri)
Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) are promising clean energy devices. The flow field design has crucial role in PEMFC performance for effective distribution of reactants and removal of products. Several nature-inspired flow field designs have recently been proposed in the literature. Common characteristics of these designs were sudden changes in the flow direction through sharp bends and flow field geometries restrained to areas having corners. In this thesis, Fibonacci spiral configuration, which is found in the nature from hurricanes to seashells, was considered for flow field pattern of a PEMFC. Contrary to the bio-inspired designs proposed in previous studies, continuous smooth change in the flow direction through curved spiral channel and flow field geometry restrained to the rounded area was attained. Computational studies for the PEMFC performance with Fibonacci spiral flow channel were conducted by solving the governing electrochemical equations using the Ansys Fluent software. In addition to the Fibonacci spiral geometry, a novel rectangular spiral design and the conventional parallel design were also simulated for performance comparisons. Polarization, power density, and fuel cell power output per required compressor power curves were computed in addition to distribution contours of pressure, velocity, reactant concentrations, and water mass fractions for all three flow field designs. Fibonacci spiral design exhibited uniform reactant distribution, improved water management, and extremely low-pressure drop compared to the rectangular spiral and conventional parallel designs.
Benzer Tezler
- Ditiyeno[2,3-b;3',2'-d]Tiyofen ve Tiyeno[2,3-b]Tiyofen temelli organik elektronik ve optoelektronik malzemelerin sentezleri ve özelliklerinin incelenmesi
Preparation and investigation of the properties of electro and optoelectro active materials based on Dithieno[2,3-b;3',2'-d]Thiophene and Thieno[2,3-b]Thiophene
ŞULE TAŞKIRAN ÇANKAYA
- Numerical and experimental investigation on the crushing behaviour of auxetic lattice cells produced with additive manufacturing techniques
Eklemeli imalat teknikleri ile üretilmiş ökzetik kafes yapıların ezilme davranışlarının nümerik ve deneysel olarak incelenmesi
KADİR GÜNAYDIN
Doktora
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ ANTONIO MATTIA GRANDE
- Kalkojen atomlarının kalkojendiazolokinoksalin içeren yarı iletken polimerlerin elektronik bant aralığı üzerindeki etkilerinin kuantum mekanik yöntemlerle incelenmesi
Investigation of the effect of chalcogen atoms on the electronic band gap of chalcogendiazoloquinoxaline-containing semiconducting polymers by quantum mechanical methods
EMİRE UYANIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN KAYI
- Ekstrüzyon yöntemiyle polimer eriyik emdirme sistemlerinin proses optimizasyonu
Process optimization of polymer melt impregnation systems by extrusion method
MEHMET USTA
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. ALİİHSAN KOCA
- Accelerating the discovery of conducting polymergraphene nanocomposites via high-performance computing and high-throughput screening
Yüksek performanslı hesaplama ve yüksek verimli tarama yöntemleriyle iletken polimer-grafen nanokompozitlerinin keşfinin hızlandırılması
TUĞBA HACIEFENDİOĞLU AYDIN
Doktora
İngilizce
2025
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EROL YILDIRIM