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
- Tez No: 788009
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ KEMAL BİLEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 81
Özet
Dünyanın enerji ihtiyacı giderek artmakta ve mevcut kaynaklar, bu artışı karşılamakta yetersiz kalmaktadır. Kimyasal enerjiyi düşük emisyon ve yüksek verimlilikle elektrik enerjisine dönüştürebilen yakıt pilleri iyi bir alternatif enerji kaynağı olabilir. Son zamanlarda, proton değişim membranlı yakıt hücreleri (PEMFCler) taşınabilirlik, sıfır emisyon, yüksek verimlilik ve düşük sıcaklıkta çalışma nedeniyle tercih edilmektedir. Çalışma sıcaklığı, yakıt hücresi performansını önemli ölçüde etkilemektedir. Bu sebeple, sıcaklık artışı nedeniyle oluşan performans düşüşünü engellemek için yakıt hücresinin soğutulması gerekir. Soğutma, yakıt hücresi sıcaklığını düşürerek FC'nin performansını artırırken, çalışma sıcaklığını da homojen yaparak ömrünü uzatabilir. Bu teorik çalışmada; PEM tipi bir yakıt hücresinin performans parametrelerinin incelenmesi ve yakıt hücresinin performansının, sıvı akışkan/nanoakışkan kullanılarak yapılan soğutma ile değişiminin nümerik olarak araştırılması hedeflenmiştir. Bunun için MATLAB programı kullanılarak PEMFC'nin performans eğrileri oluşturulmuş ve sonuçlar bazı deneysel çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra yakıt hücresi, Fluent©'de modellenmiş ve sonuçlar, deneysel bir çalışma ile karşılaştırılmıştır. Yakıt hücresinin soğutulması ile ilgili çalışmalar ise Fluent©'de gerçekleştirilmiştir. Fluent©'deki simülasyonlar, üç farklı soğutma kanalı geometrisi için ve üç farklı akışkan/nanoakışkan için gerçekleştirilmiştir. Buna göre, serpantin soğutma kanalının en etkin soğutmaya sahip olduğu bulunmuştur. Ayrıca, zikzak kanalın, düz kanala göre daha iyi bir soğutma performansına sahip olduğu görülmüştür. Kanal sayısının artmasıyla daha etkin bir soğutma sağlandığı tespit edilmiştir. Bu çalışmada, nanoakışkanların soğutma performansı da gözlemlenmiştir. Buna göre, alüminyum dioksit-su, soğutmada en iyi performansı göstermiştir. Ayrıca, bakır oksit-su ise su ile soğutmaya göre daha iyi bir performans sergilemiştir. Soğutma, FC'deki sıcaklık dağılımını homojen hale getirmiş, anot ve katottaki sıcaklıkları düşürmüştür.
Özet (Çeviri)
As it is known, the energy demand of the world is increasing, and existing resources are insufficient to meet this growth. Fuel cells, which convert chemical energy into electrical energy with low emission and high efficiency, can be a decent alternative energy source. Recently, proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are preferred due to their portability, zero emission, high efficiency and operating at low temperatures. Operating temperature significantly affects fuel cell performance. High operating temperatures adversely affect fuel cell performance. Therefore, the fuel cell should be cooled to avoid performance losses and to extend its life. In this theoretical study, it is aimed to investigate performance parameters of a PEMFC and to investigate change of performance parameters with cooling by fluid/nanofluids, numerically. For this purpose, performance curves of the PEMFC were obtained using MATLAB and the results were compared with other experimental studies. Then, the PEMFC was modelled in Fluent© and the results were compared with another study. Studies on cooling of fuel cells have been carried out in Fluent© program. Simulations in Fluent© were carried out for three different cooling channel geometries and for three different fluid/nanofluids. Accordingly, the serpentine-shaped cooling channel has the most effective cooling. In addition, the zigzag-shaped cooling channel has a better cooling performance than the straight one. Also, increasing of number of cooling channels provided a more effective cooling performance. In this study, cooling performance of nanofluids has also been studied. Accordingly, aluminium dioxide-water nanofluid showed the best performance in the cooling process. Besides, copper oxide-water nanofluid provided better performance than water. Moreover, the cooling led to a more uniform temperature distribution in PEMFC and the cooling naturally decreased temperatures in the anode and cathode.
Benzer Tezler
- Hermetik pistonlu kompresörlerde egzoz hattı kayıplarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of exhaust line losses in hermetic reciprocating compressors
AYKUT BACAK
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ PINARBAŞI
- Numerical investigation of heat transfer by natural convection from perforated rectangular fin heatsi̇nks for various inclination angles
Farklı eğim açılarında delikli dikdörtgen kanatlı ısı alıcılardan doğal taşınım ile ısı transferinin sayısal yöntemler ile incelenmesi
HALİL KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MERT GÜR
- Experimental and numerical investigation of single and multiple droplet interactions with high-temperature surfaces
Yüksek sıcaklığa sahip yüzeylerde tek ve çoklu damlacık etkileşimlerinin deneysel ve sayısal incelenmesi
AHMET GÜLTEKİN
Doktora
İngilizce
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- Doğrudan sıvı soğutmalı ısı emici bloğunun optimizasyonu ve soğutma performansının sayısal olarak incelenmesi
Optimization of direct liquid cooled heat sink block and numerical investigation of cooling performance
UĞUR RECEP ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
EnerjiHitit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN ÇALIŞKAN
- Numerical investigation of dropwise condensation on plain and functional surfaces
Fonksiyonal ve desenli yüzeyler üzerinde damlacıklı yoğuşmanın sayısal inçelemesi
HOSSEIN MOHASSEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KOŞAR
DOÇ. DR. ABDOLLALI SADAGHIANI