Design and modeling of a large proton exchange membrane fuel cell with high hydrogen utilization for automotive applications
Otomotiv uygulamarı için yüksek hidrojen kullanımlı geniş bir proton değişim membranlı yakıt hücresinin tasarımı ve modellemesi
- Tez No: 444553
- Danışmanlar: PROF. DR. SERHAT YEŞİLYURT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Chemical Engineering, Mechanical Engineering, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 90
Özet
Proton değişim membranlı yakıt hücresinin (PDMYH) performansı akış alanı tasarımı, soğutma tekniği, bileşenlerin taşınımı ve su yönetimi gibi birkaç etkene bağlıdır. Yüksek güçlü bir (otomotiv) PDMYH'nin performansını artırmak için, çok-düşük stokiyometrik akış koşuluyla ve bileşenlerin taşınımının etkisi olmadan üç-boyutlu bir anot akış alanı modeli, bileşenlerin taşınımıyla iki-boyutlu bir anot akış alanı modeli ve katot ve soğutucu alanları için üç-boyutlu serpantin akış alanları çalışılmış ve optimize edilmiştir. Anot modellerinde, kanallarda üniform bir akış ve hidrojen yoğunluk dağılımı elde etmek için kanalların ve kaburgaların genişlikleri ile bunların başlıklarının biçimleri incelenmiştir. Anot akış alanı için izlenen iki yaklaşım farklı optimum tasarımlarla yol açmaktadır, fakat biz iki-boyutlu kütle taşınımlı modelden geleni tercih ediyoruz. Nihai anot akış alanı tasarımında, hidrojen-tükenimi bölgesi oranı %0.2'den azdır. Katot modelinde, basınç düşümü çıkış gücünün %30'u içerisinde olacak bir tasarım elde etmek için yapısal olmayan bir arama kullanışmıştır. Soğutma modelinde, soğutma paneli üzerinde üniform sıcaklık indeksi 3'ten az bir üniform sıcaklık dağılımı bulmak için kanal ve kaburgaların boyutları ve giriş ve çıkış manifoldları arasındaki başınç farkı incelenmiştir. Son olarak, anot ve katod kanalları ile bunların gaz difüzyon takabaları aracılığıyla bileşenler ve sıvı suyun taşınımı ve dağıtımı için bir-boyutlu bir model üzerinde çalışılmıştır. Bu modelin sonuçları deneysel verilerle makul ölçüde uyuşmaktadır.
Özet (Çeviri)
Performance of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) depends on several factors, such as flow fields design, cooling technique, species transport, and water management. In order to enhance the performance of a high power (automotive) PEMFC, three-dimensional model of the anode flow field with ultra-low stoichiometric flow condition and without the effect of species transport, two-dimensional model of the anode flow field with species transport, and three-dimensional serpentine flow fields for the cathode and cooling domains are studied and optimized. In the anode models, widths of the channels and ribs and configurations of their headers are investigated to obtain a uniform flow and hydrogen concentration distribution through the channels. For the anode flow field, two approaches lead to different optimum designs, however, we prefer the one from the two-dimensional model with the mass transport. In the final design of the anode flow field, the hydrogen-depletion region ratio is less than 0.2%. In the cathode model, an unstructured search is used to obtain a design that has a pressure drop within 30% of the output power. In the cooling model, dimensions of the channels and ribs, and pressure difference between the inlet and outlet manifolds are investigated to find a uniform temperature distribution through the cooling plate with index of uniform temperature (IUT) less than 3 °C. Finally, a one-dimensional model of species and liquid water transport and distribution through the anode and cathode channels and their gas diffusion layers (GDLs) is studied. Results of this model agree reasonably with experimental data.
Benzer Tezler
- Modeling and analysis of flow and heat transfer in a large PEM fuel cell suitable for automotive applications
Büyük boyutlu otomotive uygulanabilir proton değişim membranlı yakıt hücresi ısı ve kütle transfer modellemesi ve analizi
BERK YİĞİNSU
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
EnerjiSabancı ÜniversitesiEnerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERHAT YEŞİLYURT
- Modelling and simulation of the pem fuel cell on mq1- predator unmanned air vehicle
Mq-1 predator insansız hava aracında pem tipi yakıt pilinin modelleme ve simülasyonu
OSMAN SÖZEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLHAN KOCAARSLAN
- Dynamic modelling, simulation based analysis and optimization of hybrid ship propulsion systems
Gemi hibrit tahrik sistemlerinin dinamik modellemesi, optimizasyonu ve simülasyon temelli analizi
ÖMER BERKEHAN İNAL
Doktora
İngilizce
2022
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ DENİZ
- Investigation of performance of proton exchange membrane electrolysis with photovoltaic systems
Proton değişim membran elektrolizin fotovoltaik sistemler ile birlikte incelenmesi
CEMRE KADIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT KÖKSAL
- NicC enziminin nikotinat üzerindeki katalitik aktivitesinin kuantum mekanik yöntemlerle incelenmesi
The investigation of the catalytic activity of NicC enzyme on nicotinate with quantum mechanical methods
NERİMAN ELA PEHLİVANOĞLU
