Hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile proton değişim membranlı yakıt hücresinin modellenmesi
Tez Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tez Danışmanı: Prof. Dr. Erdoğan Alper
Tezin Onay Tarihi: 2011
Tezin Dili: Türkçe
Özet:
Bu tez çalışmasında, yatışkın durumda ve izotermal olmayan koşullarda
çalışan bir proton değişim membranlı (PEM) yakıt hücresinin içerisinde
gerçekleşen taşınım olaylarının analizi için üç-boyutlu, izotermal
olmayan ve iki-fazlı bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği modeli
sunulmuştur. Geliştirilen yakıt hücresi modeli, kütle, momentum ve
enerji korunumu ile birlikte elektrokimyasal reaksiyonlar, membran
içerisindeki suyun taşınımı ve sıvı fazdaki suyun oluşumu ve taşınımı
gibi olayları içermektedir. Bu taşınım olayları yakıt hücresinin tüm
bileşenleri (anot ve katot tek-kutuplu plakalar, difüzyon ve katalizör
tabakaları ile proton değişim membranı) dikkate alınarak
modellenmiştir.Geliştirilen matematik modele ait kısmi diferansiyel
denklemler ve ek eşitlikler sonlu hacimler (FV) yöntemi ile
çözümlenmiştir. Model ticari bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD)
akış çözücüye gerekli tüm kullanıcı tanımlı fonksiyonlar yazılarak
entegre edilmiştir. Değişen yakıt hücresi bileşen özellikleri ve işletim
koşullarının yakıt hücresi içerisinde gerçekleşen taşınım olaylarına
olan etkilerini göstermek amacıyla model, tek akış kanallı bir PEM yakıt
hücresinde gerçekleştirilen parametrik analiz çalışmalarında
kullanılmıştır. Bu sayısal analiz çalışmalarının sonucunda, hücre
özellikleri ve çalışma koşullarının hücre performansını ve sıcaklık,
reaktant derişimi, sıvı fazdaki su gibi değişkenlerin yakıt hücresi
içerisindeki dağılımlarını nasıl etkilediği gösterilmiş ve hücre
performansının iyileştirilmesine yönelik bilgiler ortaya konulmuştur.