PEM yakıt pili soğutmada Fe3O4/Su nanoakışkan kullanımının sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the use of Fe3O4/water nanofluid in PEM fuel cell cooling
- Tez No: 989946
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖMER GENÇ, DOÇ. DR. MAHMUT CANER ACAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Proton Değişim Membranlı (PEM) yakıt pillerinin optimum çalışma sıcaklığı 50–80 °C aralığındadır. 80 °C'nin üzerindeki sıcaklıklar pil performansı ve dayanıklılığı açısından olumsuz etkilere yol açmaktadır. Bu nedenle, PEM yakıt pillerinin etkin bir şekilde soğutulması gerekmektedir. Bu çalışmada, literatürde sınırlı sayıda uygulaması bulunan Fe₃O₄/su nanoakışkanların (kütlece %0.1, %0.25, %0.50, %0.75 ve %1) su ile karşılaştırmalı olarak PEM yakıt pili soğutma performansı incelenmiştir. Paralel ve serpantin kanal tasarımları için farklı Reynolds sayıları (400-1000) ve ısı akılarında (1625, 3250 ve 4875 W/m2) gerçekleştirilen analizler ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar nanoakışkan kütlesel oranındaki artışın soğutma plakasının maksimum ve minimum sıcaklıkları arasındaki farkını ve sıcaklık dağılım indeksini suya kıyasla azalttığını, basınç düşüşünü ise artırdığını göstermiştir. 4875 W/m2 ısı akısı için serpantin kanal tasarımında %1 kütlesel orana sahip Fe₃O₄/su nanoakışkan için suyun giriş ve çıkıştaki sıcaklık farkında ve sıcaklık dağılım indeksinde suya kıyasla sırasıyla %13.94 ve %13.72 azalış, basınç düşüşü ve taşınım katsayısında ise sırasıyla %23.33 ve %22.46 artış gözlenirken, paralel kanal tasarımında bu oranlar sırasıyla %11.96 ve %13.18 azalış ve %22.70 ve %28.10 artış şeklindedir.
Özet (Çeviri)
The optimum operating temperature range of proton exchange membrane (PEM) fuel cells lies between 50 °C and 80 °C. Temperatures exceeding 80 °C can adversely affect both the performance and durability of the fuel cell. Therefore, ensuring effective thermal management is essential to maintain stable and efficient operation. In this study, the cooling performance of Fe₃O₄/water nanofluids, which have been relatively limited in prior research, was numerically investigated and compared with that of pure water for PEM fuel cell cooling applications. Nanofluids with mass concentrations of 0.1%, 0.25%, 0.50%, 0.75%, and 1% were analyzed under various Reynolds numbers (400–1000) and heat flux conditions (1625, 3250, and 4875 W/m²) using ANSYS Fluent computational fluid dynamics software. The results revealed that increasing the nanoparticle mass concentration decreased both the temperature difference between the maximum and minimum plate temperatures and the temperature distribution index, while it increased the pressure drop compared to pure water. For a heat flux of 4875 W/m², in the serpentine channel design, the Fe₃O₄/water nanofluid with a 1 wt% concentration achieved 13.94% and 13.72% reductions in the inlet–outlet temperature difference and temperature uniformity index, respectively, whereas the pressure drop and convective heat transfer coefficient increased by 23.33% and 22.46%, respectively, relative to pure water. In the parallel channel design, these variations were 11.96% and 13.18% decreases, and 22.70% and 28.10% increases, respectively.
Benzer Tezler
- Hava soğutmalı PEM yakıt pilinin plaka geometrisinin soğutma performansına etkisinin deneysel ve sayısal araştırılması
The experimental and computational research on the effect of plate geometry of air cooled PEM fuel cell on cooling performance
ÜMİTCAN EMİROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
EnerjiGazi ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMAL ERŞAN
- Modelling and simulation of the pem fuel cell on mq1- predator unmanned air vehicle
Mq-1 predator insansız hava aracında pem tipi yakıt pilinin modelleme ve simülasyonu
OSMAN SÖZEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLHAN KOCAARSLAN
- Modeling and analysis of flow and heat transfer in a large PEM fuel cell suitable for automotive applications
Büyük boyutlu otomotive uygulanabilir proton değişim membranlı yakıt hücresi ısı ve kütle transfer modellemesi ve analizi
BERK YİĞİNSU
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiEnerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERHAT YEŞİLYURT
- Mini iha'lar için kompozit yığınlı pem yakıt pili sistemi geliştirilmesi
Development of composite stacked pem fuel cell system for mini uavs
UĞUR AYDIN
Doktora
Türkçe
2025
Mühendislik BilimleriNiğde Ömer Halisdemir ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELAHATTİN ÇELİK
- Modeling and control of a PEM fuel cell system
PEM yakıt pili sistemi modelleme ve kontrolü
YASEMİN SAYGILI
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SERKAN KINCAL
PROF. DR. İNCİ EROĞLU