Farklı akış alanı tasarımlarının yakıt pili performansına etkisinin deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effect of different flow field design on fuel cell performance
- Tez No: 556752
- Danışmanlar: PROF. DR. BAYRAM ŞAHİN, DOÇ. DR. AYŞE BAYRAKÇEKEN YURTCAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erzurum Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 180
Özet
Bu tez kapsamında yakıt pillerinin ağırlıkça %80 ini oluşturan bipolar plakalar üzerindeki akış kanallarının iyileştirilmesi ve geometrik optimizasyonu üzerine sayısal ve deneysel bir çalışma yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda kullanılacak olan Membran Elektrot Grubu (MEA) tez kapsamında hazırlanarak tüm deneylerde kullanılmıştır. Deneysel çalışma kapsamında; literatürde güncel olarak kullanılan tekli serpantin tipi akış alanına sahip yakıt pili imal edilmiş ve imalatı yapılan yakıt pili 70 °C pil sıcaklığı, 1 atm basınç, %100 nemlendirme ve 0.25 lt/dk şartlarında test edilmiştir. Aynı geometri sayısal olarak çözümlenerek deneysel verilerle karşılaştırılmış ve sayısal model doğrulanmıştır. Geleneksel tekli serpantin tipi akış alanına sahip yakıt pili performansını iyileştirmek üzere 4 adet özgün akış alanına sahip model tasarlanarak öncelikle sayısal, sonra da deneysel olarak test edilmiştir. Elde edilen performansı en yüksek tasarım üzerinde geometrik parametrelerin etkisini sayısal olarak araştırmak üzere; kanal yüksekliği, kanal genişliği ve akış alanı/temas yüzeyi oranı; Yanıt Yüzey Yöntemi ile analiz edilmiştir. Akım yoğunluğunu maksimum, basınç düşümünü minimum yapacak hedef fonksiyonlara göre optimum kanal geometrisi elde edilmiştir. Elde edilen bu geometrinin pil sıcaklığı ve debisi değiştirilerek performansı deneysel olarak belirlenmiştir. Çalışma kapsamında tasarımı yapılan ve optimize edilen akış alanına sahip yakıt pillerinde geleneksel tek serpantin tipli yakıt piline göre akım yoğunluğu deneysel olarak %22.9 artmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a study was carried out on the optimization of numerical, experimental and geometric parameters with regard to flow channels on bipolar plates which constitute 80% by weight of the fuel cell. During the design and experiments, Membrane Electrode Group (MEA) was prepared in our laboratory and the same MEA was used in all experiments. Within the scope of experimental study; the fuel cell with single serpantine type flow field, which is currently used in the literature, was manufactured. That fuel cell was tested at the fuel cell temperature of 70 °C, 1 atm pressure, 100% humidification and a flow rate of 0.25 lt/min. The same geometry was analyzed numerically and the numerical model was verified comparing the results with experimental data. In order to improve the performance of the fuel cell with conventional single-serpentine flow field, four unique flow fields were designed and firstly tested numerically and then experimentally. The effect of the geometric parameters on the most efficient design to be investigated numerically, the channel height, the channel width and the flow area/contact surface ratio were analysed using Response Surface Methodology. The optimum channel geometry was obtained for the target functions which would make the maximum current density and minimum pressure drop. The performance of this geometry was determined experimentally by changing the fuel cell temperature and flow rate. The current density in fuel cells having the flow field designed and oprimized with the scope of this study has increased by 22.9% compared to the traditional single serpantine type fuel cell.
Benzer Tezler
- Balık solungaçlarından esinlenerek geliştirilen pem yakıt pili akışalanı performansının sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of pem fuel cell flow field performance inspired from fish gill
ADEM DÜZENLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İRFAN KARAGÖZ
- Bipolar plaka gaz akış kanalı desen tasarımının PEM yakıt pili performansına etkisi
Effect of bipolar plate gas flow channel pattern design on the performance of proton exchange membrane fuel cell
CELAL YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHİTTİN BİLGİLİ
DOÇ. DR. YILSER DEVRİM
- 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
- Numerical investigation of the influence of sweep and lean on a transonic axial compressor rotor
Transonik eksenel kompresör rotorunda uygulanan 'sweep' ve 'lean' methodlarının aerodinamik etkilerinin nümerik yaklaşımlar ile incelenmesi
HASAN BERK GÜÇLÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYDIN MISIRLIOĞLU
- C-tipi kanat konfigurasyonunun aerodinamik analizleri ve dizayn optimizasyonu
Aerodynamic analyses and design optimization of aC- shaped wing
HÜLYA SUKAS
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY