Simulation of an innovative flow-field design based on a bio-inspired pattern for pem water electrolysis
Pem su elektrolizi için biyolojiden ilham alan bir desen tabanlı yenilikçi akış alanı tasarımının simülasyonu
- Tez No: 849740
- Danışmanlar: PROF. DR. SELAHATTİN ÇELİK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- 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
Yenilenebilir enerji kaynaklarıyla eşleştirilen elektroliz, yeşil hidrojen üretimi için oldukça önemli bir yöntem olarak ortaya çıkıyor. Elektroliz yaklaşımları yelpazesinde, Polimer Elektrolit Membran Su Elektrolizörü (PEMWE), sıkıştırılmış, yüksek saflıkta hidrojen üretme kapasitesi nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Bipolar plakaların tasarımı ve kanal desenleri, PEM su elektrolizörünün performansını ve dayanıklılığını önemli ölçüde etkilemektedir. İyi tasarlanmış akış alanları, hücre içinde basıncın ve hızın eşit dağılımını sağlamada, yüksek basınçlı çalışma yetenekleri sağlamada ve yüksek akım yoğunluklarını kolaylaştırmada çok önemli bir rol oynar. Bu çalışmada, 13,85 santimetrekarelik dairesel bir kesite sahip, yeni bir bipolar plaka kanal modeli olarak gerçek bir yaprak biyo-esinli geometri kullanılmıştır. COMSOL Multiphysics yazılımını kullanan kapsamlı bir üç boyutlu sayısal model geliştirilmiştir. Simülasyon sonuçları, yayınlanmış çalışmalardan önceden simüle edilmiş deneysel verilerle karşılaştırıldığında güçlü bir uyum göstermektedir. Beş farklı yaprak biyo-esinli model ile geleneksel modellerin karşılaştırılması sonrasında sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bulgular, tam yaprak akış alanı modelinin, geleneksel modellerin aksine en düzgün hız profilini, daha düşük basınç düşüşünü, üstün basınç dağılımını ve yüksek karışım homojenliğini ortaya çıkarmıştır. Sayısal çalışma sonunda elde edilen polarizasyon eğrilerine göre gerçek yaprak biyo-ilhamlı akış alanı tasarımını diğer geleneksel tasarımlara göre tercih edilen bir seçenek olarak konumlandırdığı sonucuna ulaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
Electrolysis paired with renewable energy sources emerges as a highly auspicious method for green hydrogen production. Within the spectrum of electrolysis approaches, the Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolyzer (PEMWE) has garnered considerable attention due to its capacity for producing compressed, high-purity hydrogen. The design of bipolar plates and their channel patterns notably influence the performance and durability of the PEM water electrolyzer. Well-designed flow fields play a pivotal role in ensuring the uniform distribution of pressure and velocity within the stack, enabling high-pressure operation capabilities and facilitating high current densities. In this study, a precise leaf bio-inspired geometry is employed as a novel bipolar plate channel pattern, featuring a circular cross-section of 13.85 square centimeters. A comprehensive three-dimensional numerical model using COMSOL Multiphysics software was developed. Simulation outcomes demonstrate robust agreement when compared against previously simulated experimental data from published works. After a comparison of five different leaf bio-inspired models and traditional models, the result was obtained. The findings underscore that the exact leaf flow field model manifests the most uniform velocity profile, lower pressure drop, superior pressure distribution, and heightened mixture homogeneity in contrast to traditional models. According to the polarization curves obtained at the end of the numerical study, it was concluded that the exact leaf bio-inspired flow field design is positioned as a preferred option compared to other traditional designs.
Benzer Tezler
- Çevresel performans odaklı adaptif cephe modülü için akıllı sistem tasarımı
Intelligent system design for environmental performance oriented adaptive façade module
ERHAN KARAKOÇ
- Aktif dağıtım şebekelerini asimetrik arızalara karşı korumak için yeni bir tümleşik koruma sistemi tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of a novel integrated protection system to protect active distribution networks against asymmetrical faults
FATİH ÖZVEREN
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER USTA
- Performans tabanlı parametrik ve adaptif bina kabuğu tasarım önerisi
Performance based parametric and adaptive building facade design proposal
BÜŞRA YAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
MimarlıkMimar Sinan Güzel Sanatlar ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜMİT TURGAY ARPACIOĞLU
- Design and fabrication of magnetically actuated cell sorter
Manyetik olarak kontrol edilebilen hücre siniflandirici tasarimi ve üretimi
MERVE GÜLLE
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET CAN ERTEN
- Yüksek yoğunlaştırıcılı bir mikro fotovoltaik/termal kombine hibrit enerji sistemi önerisi ve modellemesi
Proposal and modeling of a highly concantrated micro-photovoltaic/thermal combined hybrid energy system
KEZİBAN ÇALIK
Doktora
Türkçe
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. COŞKUN FIRAT