Geri Dön

Polimer elektrolit membran (PEM) yakıt pillerinin performans karakteristiklerinin sayısal incelenmesi

Numerical investigation of performance characteristics of polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells

PDF İndir

  1. Tez No: 520859
  2. Yazar: MUHAMMET ÖZDOĞAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. AYDIN DURMUŞ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Ondokuz Mayıs Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 177

Özet

Yapılan tez çalışmasında, tek hücreli yapıya sahip bir yakıt pilinde, çalışma parametrelerinin, kanal kesit boyutlarının ve kanal kesit geometrisinin yakıt pilinin performansına olan etkisi incelenmiştir. Bu amaçla kararlı ve üç boyutlu model geliştirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda; pil potansiyelinin, gücün ve yerel transfer karakteristiklerinin değişimleri araştırılmıştır. Çalışma parametreleri olarak; sıcaklık, basınç ve hava debisinin yakıt pili performansına olan etkileri incelenmiştir. Kanal boyutlarının yakıt pili performansına olan etkisini araştırmak amacıyla, farkı kanal yükseklik ve genişlikleri için analizler yapılmıştır. Kanal kesit geometri yapısının yakıt pili performansına olan etkisini incelemek amacıyla, dörtgen, üçgen, trapez ve yarım elips kanal kesit geometrilerine sahip yakıt pilleri modellenmiştir. Kanal geometrisinin değişmesiyle; kanal kesit alanı büyüklüğü, kanal yüksekliği, kanal genişliği, akım toplama plakası omuz genişliği ve yakıt pili genişliği büyüklüklerinden biri veya birkaçı değiştiğinden, kanal kesit geometrisinin etkisi dört farklı durum için incelenmiştir. İncelenen ilk durumda, kanalların kesit alanı büyüklükleri, ikinci durumda, kanalların yükseklikleri, üçüncü durumda, kanalların ve akım toplama plakası omuzlarının genişlikleri, dördüncü durumda ise, kanalların ve pillerin genişlikleri farklı alınmıştır. Elde edilen, maksimum akım yoğunluğu; hava debisinin 4.322e-6 kg/s olduğu durumda en yüksek, 2.751 A/cm2, hava debisinin 2.708e-7 kg/s olduğu durumda ise en düşük, 0.63 A/cm2 olmuştur. Akım yoğunluğunun artmasıyla birlikte elde edilen güç miktarı maksimum değere kadar artmış, akım yoğunluğunun artmaya devam etmesiyle düşüşe geçmiştir. Maksimum güç; Durum 4 için üçgen kanal kesit geometrisinin olduğu durumda en yüksek, 1.769 W, debinin 2.708e-7 kg/s olduğu durumda ise en düşük, 0.517 W olmuştur. Maksimum ortalama güç miktarı ise, Durum 4 için üçgen kanal kesit geometrisinin olduğu durumda, 1.388 W, minimum ortalama güç miktarı, debinin 2.708e-7 kg/s olduğu durumda, 0.401 W olarak bulunmuştur. En fazla basınç kaybı, sıcaklığın 353.15 K, basıncın 100 kPa olduğu durumda 118.808 Pa olarak bulunmuştur. En düşük basınç kaybı ise, kanal genişliğinin 2.0 mm, kanal yüksekliğinin 1.6 mm olduğu durumda, 1.046 Pa olarak bulunmuştur. Reaksiyonların gerçekleştiği katalizörlere yakın bölgelerde ve konsantrasyon dağılımlarının daha iyi olduğu bölgelerde, daha yüksek sıcaklık dağılımları oluşmuştur.

Özet (Çeviri)

In this study, the effect of working parameters, dimensions and geometries of flow channel cross section on the performance of a PEM fuel cell which has a single cell structure has been investigated. For this purpose, a steady-state and three-dimensional model was developed. As a result of the analyses performed; changes in cell potential, power and local transfer characteristics were investigated. As working parameters; the effects of temperature, pressure and air flow on the fuel cell performance were investigated. In order to investigate the effect of channel dimensions on fuel cell performance, analyses were performed for fuel cell with different channel height and width. In order to investigate the effect of flow channel cross-sectional geometry on fuel cell performance; fuel cells with the geometry of square, triangular, trapezoidal, and half-elliptical were modeled. By changing the channel geometry; the channel cross-sectional area size, channel height, channel width, current collector shoulder width, and fuel cell width size change. For this reason, the effect of the channel cross-sectional geometry has been investigated for four different cases. In the first case examined, the cross-sectional area sizes of the channels, in the second case, the heights of the channels, in the third case, the widths of the channels and shoulders of the current collection plate and in the fourth case, the widths of the channels and the cell are taken differently. As a result, maximum current density; the lowest value was 0.63 A/cm2 in the case where the mass flow rate was 4.322e-6 kg/s and the highest was 2.751 A/cm2 in the case where the mass flow rate was 2.708e-7 kg/s. As the current density increases, the amount of power obtained increases till pick value then it decrease. The highest maximum power was obtained for Case 4 at the triangular cross-sectional geometry as 1.769 W, and the lowest was obtained at 2.708e-7 kg/s air flow rate as 0.517 W. The maximum average power amount is 1.388 W in the case of triangular channel geometry for Case 4. Minimum average power is 0.401 W in the case of air flow rate with 2.408e-7 kg/s. The maximum pressure loss was found to be 118.808 Pa when the temperature was 353.15 K and the pressure was 100 kPa. The lowest pressure loss was found 1.046 Pa when the channel width was 2.0 mm and the channel height was 1.6 mm. Higher temperature distributions occurred in regions near the catalysts where the reactions take place where the concentration distributions are better.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    781428

    Yakıt hücresi bileşenlerinin geometrik özelliklerinin performans analizi

    Performance analysis of geometric properties of fuel cell components

    BEYZA NUR YAVUZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Makine MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN KAHRAMAN

  2. Tez No

    427681

    Pem yakıt pillerinde su yönetiminin iyileştirilmesi için hidrofobik malzeme geliştirilmesi

    Development of hydrophobi̇c material for improvement of water management in pem fuel cells

    AYŞENUR ÖZTÜRK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    EnerjiAtatürk Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYŞE BAYRAKÇEKEN YURTCAN

  3. Tez No

    720695

    Precisely controlled synthesis of reduced graphene oxide supported electrocatalysts for PEM fuel cells by pulsed photocatalytic deposition

    PEM yakıt pilleri için grafen oksit destekli elektrokatalizörlerin atımlı fotokatalitik biriktirme ile kontrollü sentezi

    NAVID HAGHMORADI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    EnerjiSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Prof. Dr. SELMİYE ALKAN GÜRSEL

    DR. BEGÜM YARAR KAPLAN

  4. Tez No

    470937

    PEM yakıt pilleri için metal oksit destekli katalizör geliştirilmesi

    Development of metal oxide supported catalyst for PEM fuel cells

    MEHMET KORAY ÇELİK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    EnerjiAtatürk Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. AYŞE BAYRAKÇEKEN YURTCAN

  5. Tez No

    613246

    PEM yakıt pilleri için hidrofobik yüzey geliştirilmesi

    Development of hydrophobic surface for PEM fuel cells

    HANDE UNGAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Kimya MühendisliğiAtatürk Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYŞE BAYRAKÇEKEN YURTCAN

Geri Dön