Geri Dön

Gaz difüzyon tabakası gözeneklilik değerlerinin proton değişim membran yakıt hücresi (PEMFC) performansına etkisinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) yöntemi ile incelenmesi

A Computational Fluid Dynamics Study Of The Effect Of Gas Diffusion Layer Porosity On Proton Exchange Membrane Fuel Cell Performance

PDF İndir

  1. Tez No: 604460
  2. Yazar: BURAK SEVİN
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİH ÖZEN ÜNVERDİ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Energy, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 120

Özet

Bu tez çalışması kapsamında, düzlemsel geometriye sahip bir proton değişim membranlı yakıt hücresinin (PDMYH) matematiksel modeli, üç boyutlu olarak bilgisayar ortamında kurulmuştur. Anot ve katot olmak üzere iki bölümden ve toplamda dokuz katmandan oluşan PDMYH, akım toplayıcı tabakalar, gaz kanalları, gaz difüzyon tabakaları (GDL), katalizör tabakaları ve bu iki bölümü birleştiren bir membran içerir. Yakıt hücresi ağ yapısının kurulmasının ardından elektro-kimyasal tepkime, momentum, kütle, enerji ve elektrik yükü aktarım fenomenleri yöneten diferansiyel denklem sistemi ve sınır şartları tanımlanmış ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiğinde Sonlu Hacimler Yöntemiyle kurulan matematiksel model ANSYS FLUENT yazılımıyla çözülmüştür. GDL bileşeninin fiziksel özelliklerinden biri olan gözenekliliğin dört farklı değeri için PDMYH analiz edilerek, elektrik akımı yoğunluğunun hücre elektrik potansiyeline bağlı değişimi incelenmiştir. Yakıt hücre çeşitlerine ve tarihçelerine ayrıca değinilen bu çalışmada, seçilen anot ve katot GDL gözeneklilik değerleri için, HAD (CFD) yöntemiyle elde edilen basınç, hız, sıcaklık, hidrojen (H2), oksijen (O2) ve tepkime sonrası oluşan su (H2O) mol oranları, sıvı su aktivitesi ve elektrik akımı yoğunluğu değerleri düzlemsel kesitlerde kontur grafikleri çizdirilerek görselleştirilmiş, hücre elektriksel gerilimine bağlı olarak hesaplanan üretilen akım yoğunlukları kutuplaşma eğrileriyle sunulmuş; elde edilen en yüksek ve en düşük akım yoğunluklarının sırası ile 0,6 ve 0,3 GDL gözeneklilik değerleri için ortaya çıktığı gözlenmiştir. Fiber yapılı GDL geçirgenliğinin gözenekliliğine bağlı olarak hesaplanmasının, çok fazlı akış modelinin aktive edilmesinin ve çok bileşenli gaz karışımı kütle difüzyon katsayısı hesabının yakıt hücresinin performans değerlerinin hesaplanması üzerindeki etkileri belirlenmiştir.

Özet (Çeviri)

In this thesis, a mathematical model of a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) with a planar geometry is formed in three dimensions in computer environment. The PEMFC consists of two sections called anode and cathode and a total of nine layers which include current collectors, gas channels, gas diffusion layers (GDL), catalyst layers, and a membrane which connects the two sections. After the generation of the fuel cell mesh structure, system of partial differential equations and relevant boundary conditions governing the electro-chemical reactions, momentum, mass, energy and electric charge transport phenomena that take place within the fuel cell are given and the mathematical model thus formed is solved by Finite Volume Method of the Computational Fluid Dynamics by means of ANSYS Fluent. Then, the change of electric current density as a function of cell electric potential is calculated by analyzing PEMFC for four values of anode and cathode GDL porosity. In this study, where fuel cell types and their histories are also introduced, for various values of GDL porosity, pressure, velocity, temperature, hydrogen (H2), oxygen (O2) and water (H2O), which is generated as a result of electro-chemical reactions that take place within the cell, mole fractions, liquid water activity and electric current density results of the CFD simulations are visualized by means of contour plots in selected section cuts through the cell, as well as calculated generated electric current density curves as a function of cell electric potential, namely polarization curves, are presented, and maximum and minimum current densities are observed to arise for GDL porosity values of 0.6 and 0.3, respectively. The effects of calculation of GDL permeability as a function of its porosity for fibrous porous structures, activation of multi-phase flow model and accounting mass diffusion coefficient of a multi-component gas mixture on the accuracy of the fuel cell performance results are emphasized.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    842004

    Investigating the effects of micro arc oxidation (MAO) process on thermal and elevated temperature mechanical properties of AZ91 MG alloy

    AZ91 MG alaşımlarının termal ve yüksek sıcaklık mekanik özelliklerine mikro ark oksidasyon (MAO) prosesinin etkilerinin incelenmesi

    EKİN SELVİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN

  2. Tez No

    212710

    Proton değiştirici membran yakıt hücrelerinin katot tarafındaki akış ve hücre performansının sayısal olarak incelenmesi

    Numerical investigation of fluid flow and cell performance at cathode of proton exchange membrane fuel cells

    UTKU GÜLAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Makine MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. HAŞMET TÜRKOĞLU

  3. Tez No

    539603

    Hypericum perforatum yağı yüklenmiş polimerik membranların yanık yara iyileşmesinde skar doku oluşumuna etkisinin incelenmesi

    Investigation of the effect of polymeric membranes loaded with Hypericum perforatum oil on scar tissue formation in burn wound healing

    NAME ERDEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    BiyomühendislikTokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZLEM EĞRİ

  4. Tez No

    702135

    Laboratuvar şartlarında üretilen açık hücreli alüminyum köpüklerin gaz difüzyon tabakası olarak doğrudan borhidrür yakıt hücrelerinde kullanılması

    The use of open-cell aluminum foams produced under laboratory conditions in direct borhydride fuel cells as gas diffusion layer

    UĞUR ERGİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Makine MühendisliğiKocaeli Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALPAY TAMER ERTÜRK

  5. Tez No

    470650

    Gas diffusion electrodes based on carbon and graphene for PEM fuel cell

    PEM yakıt pilleri için karbon ve grafen esaslı gaz difüzyon elektrotlarının geliştirilmesi

    BEGÜM YARAR KAPLAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Mühendislik BilimleriSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL

Geri Dön