دانشگاه صنعتیامیرکبیر
(پلیتکنیک تهران)
مدل‌سازی یک بعدی عملکرد پیل سوختی غشاء پلیمری
ارائه شده برایدریافت درجه کارشناسی‌ارشد
توسط:
مهبد معین جهرمی
استاد راهنما:
دکترمحمدجعفر کرمانی
استاد مشاور:
دکتر ابراهیم دامنگیر
دانشکده مهندسیمکانیک
۱۳۹۱
قدردانی
بدین‌وسیله از زحمات استاد راهنما آقای دکتر محمدجعفر کرمانی و استاد مشاور آقای دکتر ابراهیم دامنگیر برای ارائه راهنمائی‌های ارزنده و زحمات بی‌دریغشان در طول انجام اینپایان‌نامهقدردانیمی‌نمایم. این پایان نامه با کمک و پشتیبانی سازمان انرژی های نو ایران(سانا) اجرا شده است لذا از حمایت مالی سازمان انرژی‌های نو (سانا) کمال تشکر را دارم. از اعضاء خانواده که در طول انجام اینپایان‌نامه با صبر وتحمل مشکلات را پذیرا بودند نیز سپاسگزارم.
«تقدیم بهدست‌های زحمتکش پدرم
ومحبت‌هایبی‌دریغمادر عزیزم»
تعهدنامه اصالت اثر
اینجانب مهبد معین جهرمی متعهد می‌شومکه مطالب مندرج در اینپایان‌نامه حاصل کارپژوهشیاینجانب تحت نظارت و راهنماییاساتید دانشگاه صنعتیامیرکبیر بوده و به دستاوردهایدیگرانکه در این پژوهش از آن‌ها استفاده شده است مطابق مقررات و روال متعارف ارجاع و در فهرست منابع و مآخذ ذکرگردیده است. اینپایان‌نامه قبلاً برای احراز هیچمدرک هم‌سطح یا بالاتر ارائه نگردیده است.
در صورت اثبات تخلف در هر زمان، مدرکتحصیلی صادر شده توسط دانشگاه از درجه اعتبار ساقط بوده و دانشگاه حق پیگیریقانونی خواهد داشت.
کلیهنتایج و حقوق حاصل از اینپایان‌نامه متعلق به دانشگاه صنعتیامیرکبیرمی‌باشد. هرگونه استفاده از نتایجعلمی و عملی، واگذاری اطلاعات به دیگرانیا چاپ و تکثیر، نسخه‌برداری، ترجمه و اقتباس از اینپایان‌نامه بدون موافقت کتبی دانشگاه صنعتیامیرکبیر ممنوع است. نقل مطالب با ذکر مآخذ بلامانع است.
مهبد معین جهرمی
امضاء
چکیده
در این پایان‌نامه پیل سوختی غشاء پلیمری به صورت یک بعدی مدل‌سازی شده است. تمامی لایه‌های مختلف پیل که شامل مجموعه غشاء– الکترود (غشاء،لایه کاتالیست و لایه‌های نفوذ گاز)می باشد، شبیه‌سازیشده‌اند. لایه کاتالیست به دو روش همگن و توده‌ای مدل شده و سپس نتایج حاصل از هر دو مدل با یکدیگر مقایسه شده‌اند. در این پروژه تمرکز بر روی مدل توده‌ای است، بطوریکه در این راستا معادلات مدل توده‌ای به طور کامل استخراج شده است. صحت‌سنجی مدل با مقایسه با داده‌های تجربی در دو دمای متفاوت انجام شده است. نتایج نشان می‌دهند که در حالت حدی که اندازه ذرات توده‌ای به سمت صفر میل کند، مدل توده‌ای به مدل همگن ساده می‌شود. مدل همگن کارائی پیل را برای مقادیر چگالی جریان A/m2 ۳۰۰۰ و بیشتر از آن در دمای عملکردیoC 50 تقریباً ۸۰% بیشتر از مدل توده‌ای و داده‌های تجربی پیش‌بینی می‌کند. یک سری مطالعات پارامتری بر روی مدل توده‌ای به منظور بررسی حساسیت مدل به تغییرات برخی از پارامترهای ساختاری و عملکردی انجام شده است. مشخص شد که اندازه ذرات توده‌ای تأثیرگذارترین پارامتر بر عملکرد پیل سوختی می‌باشد. مجموعه غشاء – الکترود نیز با در نظر گرفتن هوای مرطوب(O2, N2, H2O(v))به عنوان ورودی کاتد و هیدروژن مرطوب ناشی از ریفرم گاز طبیعی (H2, CO2, H2O(v)) به عنوان ورودی آند مدل شده‌اند. در این مدل‌سازی فرض بر این است که پیل سوختی در شرایط پایا، دما ثابت و فشار ثابت کار می‌کند. لایه‌های نفوذ گاز با بهره گرفتن از معادله استفان – ماکسول که مربوط به نفوذ چند جزئی مخلوط گازی می‌باشد، شبیه‌سازی شده‌اند. همچنین مکانیزم‌های انتقال آب غشاء نیز مدل شده است. در این مورد نیز پس از صحت‌سنجی مدل با نتایج تجربی، یک سری مطالعه پارامتری انجام شده است. نتایج حاکی از این است که افرایش دما سبب افزایش مقاومت پروتونیک غشاء و در نتیجه مقاومت اهمیک پیل می‌شود. همچنین قابلیت هدایت و جزء آب درون غشاء با افزایش دما کاهش می‌یابد. در چگالی جریان‌های بالا نیز، محتویات آب داخل غشاء افت می‌کند و در پی آن با کاهش قابلیت هدایت غشاء کارائی پیل کاهش می‌یابد. تمامی این نتایج می‌تواند برای سازندگان سیستم‌های پیل‌های سوختی مورد استفاده قرار گیرد.
کلمات کلیدی: پیل سوختی غشاء پلیمری- مدل توده‌ای- نفوذ چند جزئی- نفوذ معکوس- درگ الکترواسمتیک.
فهرست مطالب
۱- فصلاول ۱
۱-۱-مقدمه ۲
۱-۲- تاریخچه ۴
۱-۲-۱-تاریخچهپیلسوختیPEM 6
۱-۳-مزایاومعایبپیلسوختی ۷
۱-۴-شناختکلیپیلسوختی ۹
۱-۵-پیلسوختیPEM 13
۱-۶-لایههایتشکیلدهندهپیلسوختیغشاءپلیمری ۱۴
۱-۶-۱- لایهنفوذگاز ۱۵
۱-۶-۲- لایهکاتالیست ۱۶
۱-۶-۳- غشاء ۱۸
۱-۷-عملکردپیلسوختی ۲۰
۱-۷-۱- افتفعال‌سازی ۲۲
۱-۷-۲- افتجریانداخلی ۲۴
۱-۷-۳- افتاهمیک ۲۵
۱-۷-۴- افتغلظت ۲۶
۱-۸-مروریبرمقاله‌ها ۲۸
۱-۸-۱-لایهکاتالیست ۲۸
۱-۸-۲-لایهنفوذگازوغشاء ۳۳
۱-۹-اهدافپروژهوخلاصهایازکارهایصورتگرفته ۳۵
۲- فصلدوم ۳۷
۲-۱-معرفیلایهکاتالیست ۳۸
دانلود فایل های پایان نامه با موضوع مدل‌سازی یک بعدی عملکرد پیل سوختی غشاء پلیمری
