بهبود توزیع جریان گاز در توده پیل‌سوختی پلیمری با خروج آب مایع از منیفولد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، توزیع جریان اکسیژن در یک توده پیل‌سوختی پلیمری به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفت. در ابتدا توده به‌صورت تکفاز شبیه‌سازی شده و نقش کاهش تدریجی ارتفاع منیفولد (منیفولد ذوزنقه‌ای) بر بهبود توزیع جریان میان سلول‌های سوختی بررسی گردید. از انحراف معیار و ضریب غیریکنواختی برای اندازه‌گیری بدتوزیعی جریان استفاده شده است. کاهش تدریجی ارتفاع منیفولد تا 70 درصد در منیفولد ذوزنقه‌ای، موجب بهبود 9/6 و 4/8 درصدی انحراف معیار استاندارد و ضریب غیریکنواختی گردید. نتایج شبیه‌سازی دوفازی نشان داد که چگالش بخارآب موجود در اکسیژن اشباع می‌تواند باعث تجمع آب مایع در انتهای منیفولد شود. با گذشت زمان و بهم پیوستن قطرات کوچک‌تر، شعاع قطره تشکیل شده در انتهای منیفولد افزایش یافته تا زمانی که از دیوار منیفولد جدا شده و وارد سلول‌های انتهایی گردد. در منیفولد ذوزنقه‌ای، آب مایع با مقدار کمتر و فواصل زمانی کوتاه‌تر وارد سلول انتهایی می‌گردد. پیشنهاد گردید با ایجاد محفظه‌ای در انتهای منیفولد، آب مایع جمع آوری شده و از توده تخلیه گردد. ورود مقداری گاز اضافه به منیفولد و خروج آن از محفظه جمع‌آوری آب می‌تواند باعث هدایت آب مایع به درون محفظه گردد بدون اینکه تغییرات محسوسی در افت فشار ایجاد کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Improving the gas flow distribution in a PEMFC stack by removing liquid water from the manifold

نویسندگان [English]

  • Ahmad Rezaei Sangtabi 1
  • Ali Kianifar 1
  • Ebrahim Alizadeh 2
1 Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, Malek Ashtar university of Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

This paper studied the oxygen flow distribution in a PEM fuel cell stack numerically. At first, the flow in the stack was simulated as a single phase, and the effect of gradual reduction of manifold height (tapered manifold) on improving the flow distribution between fuel cells was investigated. Standard deviation and non-uniformity coefficient have been used to measure the flow maldistribution. Gradual reduction of manifold height up to 70% in the tapered manifold improved standard deviation and non-uniformity coefficient by 6.9% and 8.4%, respectively. The results of the two-phase simulation showed that the condensation of water vapor in the saturated oxygen could cause the accumulation of liquid water at the end of the manifold. As the smaller droplets merged, the droplet radius formed at the end of the manifold increased until it detached from the manifold wall and entered the last cells. Less liquid water entered the last cell at shorter intervals in the tapered manifold. It was suggested that by creating a water chamber at the end of the manifold, condensed water be collected from the manifold and discharged from the stack. Increasing the mass flow at the manifold inlet and discharging the excess gas through the water collection chamber can push the liquid water into the chamber without causing significant changes in pressure drop.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flow distribution
  • PEM fuel cell
  • Two-phase Flow
  • Water removal
  • Manifold
CAPTCHA Image