The effect of serpentine channel numbers on the performance of aem water electrolyzers under various operating conditions: a 3D numerical study
Farklı çalışma koşulları altında aem su elektrolizörlerinde serpantin kanalı sayılarının performans üzerindeki etkisi: 3B sayısal bir çalışma
- Tez No: 987905
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN AKILLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Çukurova Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Anyon değişim membranlı (AEM) su elektrolizörü, hidrojen üretimi için umut vadeden bir teknoloji olarak ortaya çıkmıştır. Alkali sistemlerde düşük maliyetli malzemelerin avantajlarını, proton değişim membranlı (PEM) su elektrolizörlerinin kompaktlığı ve çok yüksek akım yoğunluğunda çalışma yeteneğiyle birleştirir. Bu çalışmada, serpantin akış alanı konfigürasyonlarının ve çalışma koşullarının anyon değişim membranlı (AEM) su elektrolizörünün performansı üzerindeki etkisi, COMSOL Multiphysics'te uygulanan üç boyutlu, iki fazlı, izotermal olmayan sayısal bir model kullanılarak sistematik olarak incelenmiştir. Tek, iki, üç ve dört yollu serpantin kanal geometrileri, temel koşullar altında (333 K, 1 atm, 1 M KOH, 100 mL/min) basınç düşüşü, hidrojen hacim oranı dağılımı, sıcaklık alanları ve akım yoğunluğu üzerindeki etkilerini açıklamak için karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Elektrolit giriş sıcaklığını 323 ve 343 K'ye ve giriş akış hızını 20 ve 60 mL/min'e değiştirerek akış alanı tasarımının çalışma parametreleri üzerindeki etkisini araştırmak için ek parametrik çalışmalar yapılmıştır. Temel ve değişken çalışma koşulları altında, serpantin kanal sayısının artırılması basınç düşüşünü azaltır, hız ve hidrojen hacim oranı homojenliğini artırır ve ortalama hücre sıcaklık gradyanlarını düşürür; dört yollu serpantin konfigürasyonu ise elektrokimyasal performans, termal kararlılık ve hidrolik verimlilik arasında en iyi genel dengeyi sunar. Genel olarak, mevcut modelleme yaklaşımı, enerji kayıplarını azaltmak ve yeni nesil AEM elektrolizörlerinin ve gelecekteki ticarileştirme süreçlerinin yığın kararlılığını artırmak için akış alanı tasarımını ve çalışma koşullarını optimize etme konusunda önemli bir yol gösterici niteliğindedir.
Özet (Çeviri)
Anion exchange membrane (AEM) water electrolyzer has emerged as a promising technology for hydrogen production. It combines the advantages of low-cost materials in alkaline systems, together with the compactness and capability of operating at very high current density of proton exchange membrane (PEM) water electrolyzers. In this study, the influence of serpentine flow-field configurations and operating conditions on the performance of an anion exchange membrane (AEM) water electrolyzer was systematically investigated using a three-dimensional, two-phase, non-isothermal numerical model implemented in COMSOL Multiphysics. One-, two-, three-, and four-path serpentine channel geometries were comparatively analyzed to elucidate their effects on pressure drop, hydrogen volume fraction distribution, temperature fields, and current density under baseline conditions (333 K, 1 atm, 1 M KOH, 100 mL/min). Additional parametric studies were carried out to investigate the effect of flow-field design on operating parameters by changing the electrolyte inlet temperature to 323 and 343 K and the inlet flow rate to 20 and 60 mL/min. Under baseline and varied operating conditions, increasing the serpentine channel number reduces the pressure drop, promotes velocity and hydrogen volume fraction uniformity, and lowers average cell temperature gradients, with the four-path serpentine configuration offering the best overall trade-off between electrochemical performance, thermal stability, and hydraulic efficiency. In general, the current modeling approach offers significant guidance for optimizing the flow-field design and operating conditions to reduce energy losses and enhance stack stability of next-generation AEM electrolyzers and their future commercialization.
Benzer Tezler
- Serpantin tip minikanallı bir ısı alıcısında bypass akışın ısıl performans üzerindeki etkisinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effect of bypass flow on thermal performance in a serpentine type minichannel heat sink
BAHADIR GEMİCİOĞLU
Doktora
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiKırıkkale ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TOLGA DEMİRCAN
- Fluid mixing efficiency enhancement in microchannels having spiral elliptic and curved structures with various baffle geometries
Spiral eliptik ve farklı engel geometrilerine sahip kavisli mikro kanallarda akışkan karıştırma verimliliğinin artırımı
RANA ALTAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KOŞAR
- 3um N-kuyu CMOS teknolojisi ile test kırmığı tasarımı ve tranzistor eşik gerilimi ayarı
Test chip design for 3 um N-well CMOS fabrication technology and threshold voltage adjustment
ZEYNEP D. TOROS
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. DURAN LEBLEBİCİ
- Effect of aspect ratio on heat transfer and entropy generation in a wavy microchannel
Kanal boy oranının dalgalı mikrokanalda ısı transferine ve entropi üretimine etkisi
ALIREZA SETAYESH HAGH
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFULLAH KUDDUSİ
- 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