Serpantin kanallı PEM yakıt hücresinin sayısal analizi
Numerical analysis of PEM fuel cell with a serpentine flow channel
- Tez No: 321680
- Danışmanlar: PROF. DR. HAŞMET TÜRKOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 169
Özet
Günümüzde sağlık ve çevresel kaygıların yanı sıra enerji ihtiyacının artışı ve enerji kaynaklarının sınırlı olması, enerji üretimi için daha verimli, daha temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarıyla uyumlu yeni nesil enerji teknolojileri için araştırmalar başlatmıştır. Yakıt hücrelerinin yüksek verimlilik, yüksek akım yoğunluğu, düşük emisyon değerlerine sahip olmaları ve sessiz çalışmaları nedeniyle en umut verici enerji dönüştürme teknolojisi olduğu düşünülmektedir.Bu çalışmada serpantin kanallı PEM yakıt hücresi tek fazlı, izotermal olmayan, kararlı halde ve üç-boyutlu olarak analiz edilmiştir. PEM yakıt hücresi, anot ve katot tarafı için gaz kanalı, akım toplayıcı plaka, gaz difüzyon tabakası, katalizör tabakası ve membran tabakasını içeren dokuz tabakadan oluşmaktadır. Simülasyonlar için ANSYS FLUENT 12.1 paket programı kullanılmıştır. Simülasyonlar iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada farklı gaz kanalı genişlikleri ve membran kalınlıkları için simülasyonlar yapılmıştır. Uygun gaz kanalı genişliği ve membran kalınlığı belirlendikten sonra anot giriş nemliliği, reaktan gaz giriş sıcaklığı, çalışma basıncı ve gaz giriş yönü gibi işletme parametrelerinin yakıt hücresi performansı üzerine etkileri incelenmiştir. Bu parametrik çalışmalardan elde edilen sonuçlar polarizasyon eğrileri üzerinde gösterilmiş olup, analiz sonuçları sıcaklık, basınç, akım yoğunluğu, hız ve konsantrasyon dağılımları (H2, O2 ve H2O kütle kesirleri) grafikler ile sunulmuştur. Analiz sonuçları literatürdeki benzer çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. Simülasyonlar gaz kanalı genişliği, anot giriş nemliliği, reaktan gaz giriş sıcaklığı ve çalışma basıncındaki bir artışın hücre performansını artırdığını göstermiştir. Aynı zamanda anot gazları ve katot gazları akışının zıt yönde olması hücre performansı üzerinde olumlu etkiye sahiptir. Buna karşın membran kalınlığının artışı hücre performansının azalmasına neden olmaktadır.Anahtar Kelimeler : PEM yakıt hücresi, sayısal akışkanlar dinamiği, serpantin kanal
Özet (Çeviri)
Nowadays an increasing demand for energy and limited energy resources as well as health and environmental concerns have initiated studies for new generation of energy technologies which are more efficient, more clean and compatible with renewable energy sources. Because of fuel cells have high efficiency, high current density and low emissions besides quiet operation, they are thought to be the most promising energy conversion technologies.In this study, PEM fuel cell with serpantine channel was analyzed as a single-phase, non-isothermal, steady state and in three dimensions. PEM fuel cell is composed of nine layers including the gas channel, the current collector plate, the gas diffusion layer, the catalyst layer for the sides of anode and cathode and membrane layer. ANSYS FLUENT 12.1 package program was used for simulations. Simulations were carried out in two stages. First, simulations were made for different gas channel widths and thicknesses of the membrane. After determining the appropriate gas channel width and the thickness of the membrane, the effects of operating parameters such as anode inlet humidity, inlet temperature of reactant gas, operating pressure and the gas flow directions on the performance of fuel cell were investigated. The results obtained from this parametric studies are shown in terms of polarization curves and analysis results of the temperature, pressure, current density, velocity and concentration distributions (H2, O2, and H2O mass fractions) are presented in graphs. The results of analysis were compared to similar studies in the literature. Simulations shown that the increase in the gas channel width, anode inlet humidity, reactant gas inlet temperature and the operating pressure increases the cell performance. Flow of anode gases and cathode gases in opposite direction also has a positive impact on the cell performance. However, increasing membrane thickness causes a decrease in the cell performance.Key Words : PEM fuel cell, computational fluid dynamics, serpentine channel
Benzer Tezler
- Serpantin kanallı proton aktaran membran yakıt hücresinin sayısal çözümü
Numerical solution of proton exchange membrane fuel cell with serpantine channel
HASAN GÜNÜŞEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABUZER ÖZSUNAR
- Numerical investigation of performance parameters and effect of cooling of pem type fuel cells with nanofluids
Pem tipi yakıt hücrelerinin performans parametrelerinin ve nanoakışkanlar ile soğutulmasının etkisinin sayısal olarak incelenmesi
BATUKAN CEM TARHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KEMAL BİLEN
- PEM yakıt pillerinde geometrik ve çalışma parametrelerinin performansına etkileri ve yeni bir akış alanı tasarımı
Influences of geometrical and operational factors on proton exchange membrane (PEM) fuel cell performance and design of a new flow field
SEDA KÜPELİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İRFAN KARAGÖZ
- Enerji üretim amaçlı teknik tekstil membranlarında transfer olaylarının incelenmesi
Investigation of transfer phenomena in technical textile membranes for energy production
FİLİZ GÜNEY
Doktora
Türkçe
2018
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM ÜÇGÜL
- Akış kanal tasarımının polimer elektrolit membran yakıt hücresi performansına etkisinin incelenmesi
Effect of flow field design to the performance of PEM fuel cell
HÜSEYİN KAHRAMAN
Doktora
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMET ÇEVİK