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
- Tez No: 604460
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİH ÖZEN ÜNVERDİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Energy, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- 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
- 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
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
- 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
2008
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. HAŞMET TÜRKOĞLU
- 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
2019
BiyomühendislikTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZLEM EĞRİ
- 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
2021
Makine MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPAY TAMER ERTÜRK
- 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
2017
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL