Serpantin kanallı proton aktaran membran yakıt hücresinin sayısal çözümü
Numerical solution of proton exchange membrane fuel cell with serpantine channel
- Tez No: 564805
- Danışmanlar: PROF. DR. ABUZER ÖZSUNAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 114
Özet
Son yıllarda, enerji ihtiyacının artması ve enerji kaynaklarının sınırlı olması sebebiyle daha verimli, daha temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarıyla ilgili araştırmalar yapılmaktadır. Yakıt hücrelerinin yüksek verimlilik, yüksek akım yoğunluğu, uzun ömürlülüğe sahip olmaları ve sessiz çalışmaları nedeniyle önemli bir enerji teknolojisi olduğu değerlendirilmektedir. Bu tezde, üç adet PEM yakıt hücresi, çokfazlı, izotermal, kararlı halde ve üç-boyutlu olarak analiz edilmiştir. Bu amaçla, üç farklı gaz akış kanalı tasarımı (Beş kanallı serpantin tipi (5S), bir kanallı serpantin tip (1S) ve paralel-serpantinli (5PIS) modeller) üzerinde çalışılmıştır.Araştırması yapılan yakıt pilleri, 5,93 cm2 aktif alana sahip olup Ansys Design Modeler programı kullanılarak üç boyutlu olarak tasarlanmıştır. Ağ yapısı oluşturulması için Icem CFD programı kullanılmıştır. Sayısal analizi, hesaplama akışkanlar dinamiği programı olan ANSYS Fluent18.1 programında bulunan Pem Fuel Cell modülü aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Simülasyonlarda nem oranı, reaktant oranı, hücre sıcaklığı, reaktant basıncı, gaz akış kanal genişliği ve kanal yüksekliği parametreleri sabit tutulmuştur. Analizlerde, üç farklı H2O kütle kesri değeri kullanılmıştır. Sayısal analizde, hazırlanan gaz akış kanalı tasarımları için basınç düşüşü, sıcaklık, reaktant ve su konsantrasyonları dağılımları ve polarizasyon eğrileri elde edilmiştir. Aynı zamanda kanallarda hız dağılımı, sıcaklık, basınç düşümü, su içeriği ve akım yoğunluğu v.b. gibi büyüklükler incelenmiştir. Bu analizler de anotta hidrojen ve katot tarafındaki hava reaktan gaz olarak kullanılmıştır. Üç farklı gaz akış kanalı, polarizasyon eğrileri ve sayısal analizden elde edilen veriler kullanılarak birbirleri ile karşılaştırılmış ve en iyi performansa sahip model belirlenmiştir. Bu karşılaştırma da 5S gaz akış kanalı modelinin diğer modellerden daha iyi performans gösterdiğini görülmüştür. Fakat,basınç düşüşü de dikkate alındığında benzer uygulamalar için 1S tipi gaz akış kanalı modeli uygun olduğu düşünülmektedir. Bulunan analiz sonuçları literatürdeki benzer çalışmalar ilekarşılaştırılmış ve uygun olduğu görülmüştür.
Özet (Çeviri)
In recent years, due to increasing energy demand and limited energy resources, more efficient, cleaner and renewable energy resources are being researched. Fuel cells are considered to be an important energy technology due to their high efficiency, high current density, long life and quiet operation. In this thesis, three PEM fuel cells were analyzed as multi-phase, isothermal, stable and three-dimensional. For this purpose, three different gas flow channel design (five channel serpentine type (5S), one channel serpentine type (1S) and parallel-serpentine (5PIS) models) were studied. The researched fuel cells have an active area of 5.93 cm2 and are designed in three dimensions using the Ansys Design Modeler program. The Icem CFD program was used to create the network structure. Numerical analysis was performed by means of the Pem Fuel Cell module in ANSYS Fluent 18.1 program, which is a computational fluid dynamics program. Humidity rate, reactant ratio, cell temperature, reactant pressure, gas flow channel width and channel height parameters were kept constant in simulations. In the analyzes, three different H2O mass fraction values were used. In numerical analysis, pressure drop, temperature, reactant and water concentrations distributions and polarization curves were obtained for the gas flow channel designs prepared. At the same time, speed distribution, temperature, pressure drop, water content and current density in channels and cell components etc. such magnitudes were examined. These analyzes were also used as hydrogen in the anode and air in the cathode side as the reactant gas. Three different gas flow channels, polarization curves and the data obtained from the numerical analysis were compared with each other and the best performance model was determined. This comparison shows that the 5S gas flow channel model performs better than other models. However, considering the pressure drop, 1S type gas flow channel model is considered suitable for similar applications. The results of the analysis were compared with similar studies in the literature and it was found to be appropriate.
Benzer Tezler
- 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
- PEM yakıt hücrelerinde su ve ısı yönetimine yönelik biyo esinlenmeli kanal tasarımı ve optimizasyonu
Bio inspired channel design and optimization intended for water and heat management in PEM fuel cells
ERMAN ÇELİK
Doktora
Türkçe
2020
EnerjiBursa 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
- 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
- Serpantin kanallı PEM yakıt hücresinin sayısal analizi
Numerical analysis of PEM fuel cell with a serpentine flow channel
BURAK ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAŞMET TÜRKOĞLU