Modelling of thermal and water management in automotive polymer electrolyte membrane fuel cell systems
Otomotiv polimer membran elektrolit yakıt hücresi sistemlerinin ısıl ve su yönetiminin modelenmesi
- Tez No: 355682
- Danışmanlar: DR. ÖZGÜR EKİCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Polimer membran elektrolit yakıt hücresi, ısıl analiz, su yönetimi, Polymer electrolyte membrane fuel cell, thermal analysis, water management
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Polimer membran elektrolit (PEM) yakıt hücreleri yüksek güç yoğunlukları, düşük çalışma sıcaklıkları (60℃ - 80℃ arası) ve düşük çevresel kirlilikleri nedeniyle otomotiv uygulamaları için umut verici güç kaynaklarındandır. Membranı nemli tutarak yüksek proton iletkenliğini sağlamak, polimer membran elektrolit yakıt hücresi malzemelerinin dayanıklılığı ve yakıt hücresinin çalışma sıcaklığının kabul edilir sınırlar altında kalması için uygun su ve termal yönetim gerekmektedir. Sistemin güç çıktısı, üretilen su ve ısı miktarı ve sistem verimliliği ile ilgili olarak bilgi sağlamak; ve böylece en iyi su ve termal yönetim koşullarına ulaşmak amacıyla genel bir hesaplama yöntemi geliştirilmiştir. Bu tezde araç hızı, çalışma basıncı gibi değişkenlerin sistem bileşenlerinin boyutları, ısı ve su oluşumu, yakıt tüketimi ve verimlilik üzerindeki etkilerini anlamak üzere 90 kW PEM yakıt hücreli bir otomotiv sistemi için sistem düzeyinde, sıfır-boyutlu bir termodinamik model geliştirilmiştir. Ek olarak, güç çıkışı ve sistemin güç kayıpları 1.5 atm ve 3 atm olarak iki farklı çalışma basıncında incelenmiştir. Yakıt hücresi sisteminin modellenmesi MATLAB'da gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, 10km/saat ile 140 km/saat hız aralığında, 1.5 atm ve 3 atm çalışma basınçları için farklı sistem yapılandırmalarının gerekli olduğunu göstermektedir. Sonuçların açıkça gösterdiği üzere katodun çıkışındaki su miktarı çalışma basıncı ve hava stokiometri oranından etkilenmektedir. Yüksek çalışma basıncı nemlendirme için ihtiyaç duyulan su miktarında azalmaya neden olmaktadır. Buna karşılık, düşük çalışma basıncında, katot çıkışındaki su miktarı tepkiyenleri nemlendirmek için yetersiz kalmakta ve gerekli sıvı suyu sağlamak üzere egzozdaki su buharını yoğuşturmak için katot çıkışında bir kondensatör gerekmektedir. Sonuçlar ayrıca göstermiştir ki, yüksek çalışma basıncı radyatörde daha yüksek miktarda atık ısıya neden olmakta ve dolayısıyla radyatör boyutu büyümektedir.
Özet (Çeviri)
Proton electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) are promising power sources for automotive applications because of their high power density, low operation temperature (between 60℃ - 80℃), and lower environmental pollution. A proper water and thermal management are needed to keep the membrane humidified for high proton conductivity, durability for PEMFC materials, and to ensure the operation temperature of fuel cell stack remains under a tolerable limit. A general calculation methodology has been developed to provide information regarding the system power output, amount of water and heat products, and system efficiency, thereby assisting to achieve the best water and thermal management conditions In this thesis, a system level zero-dimensional, steady state thermodynamics model for an automotive 90 kW PEM fuel cell system has been developed to investigate the effects of various operating parameters such as vehicle speed, and operating pressure on the size of the system components, heat and water formation, fuel consumption and efficiency. Moreover the power output and power losses of the system are investigated at two different operating pressures: 1.5 atm and 3 atm. The model of the fuel cell system was implemented in MATLAB. The results show that different system configurations are needed for 1.5 atm and 3 atm operating pressures in a speed range of 10-140 km/hr. It is clear from the results that the amount of water at the exit of cathode is affected by the operating pressure and air stoichiometry ratio. Higher operating pressure causes a decrease in water needed for humidification process. On the other hand, at lower operating pressure the water at the exit of cathode is not enough to humidify the reactants and a condenser at the exit of the cathode is needed to condense the water vapor at the exhaust to supply the required liquid water. The results also show that higher operating pressure causes a large amount of heat rejected in the radiator and therefore increases the size of radiator.
Benzer Tezler
- Köyceğiz Gölü su kalitesi yönetimi için egölem modeli
Başlık çevirisi yok
TARIK TOLGA ÜSTÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İ. ETHEM GÖNENÇ
- Kömürün kendi kendine ısınmasının ve tutuşmasının modellenmesi, simülasyonu ve deneysel incelenmesi
Mathematical modelling, simulation and experimental investigation of self – heating and self – ignition of coal
BURHAN YÖRÜK
Doktora
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ARISOY
- Hidrolojik model yapısının ve kalibrasyon algoritmasının debi simülasyon performansına etkisi
Hydrological model structure and calibration algorithm effect on discharge simulation performance
HARUN ALP
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET CÜNEYD DEMİREL
DOÇ. DR. ÖMER LEVEND AŞIKOĞLU
- Trijenerasyon sistemlerinin modellenmesine yönelik yeni bir yaklaşım: Bir üniversite uygulaması
A new approach for the modelling of trigeneration system: A university applications
KEZBAN BULUT
Doktora
Türkçe
2016
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLGÜN KAYAKUTLU
- A numerical investigation onlaminar natural convection ofnon-Newtonian fluids in enclosedspaces
Başlık çevirisi yok
ŞAHİN YİĞİT
