نقش تغییر فاز در توزیع جریان درمنیفولد استک پیل سوختی

در این مقاله از دینامیک سیالات محاسباتی برای بررسی تاثیر تغییر فاز بخار آب در توزیع جریان گاز اکسیژن در بخش کاتد یک استک پیل‌سوختی پلیمری با 26 سلول استفاده شده است. به همین منظور، کدی در نرم‌افزار اپن‌فوم توسعه داده شده و با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی برای توزیع جریان تک‌فاز اعتبارسنجی شده است. سه شرط مرزی متفاوت به دیوار منیفولد اعمال شده است: دما ثابت، انتقال حرارت جابه‌جایی آزاد و اجباری. نتایج نشان می‌دهد که آب تولیدی از چگالش بر روی دیوار پایین منیفولد ورودی، وارد سلول اول می‌شود. همچنین تجمع آب در این منطقه باعث کاهش سرعت جریان در ناحیه ورودی سلول اول می‌گردد. بخار آب چگالیده شده بر روی دیوار بالایی منیفولد ورودی به سمت انتهای استک حرکت می‌کند. بخشی از آب وارد چهار سلول انتهایی شده و بخشی دیگر به دلیل گردابه بوجود آمده در انتهای استک به درون منیفولد بازمی‌گردد. بنابراین سلول اول و چهار سلول آخر مقدار کمتری واکنش‌دهنده دریافت می‌کنند. پارامتر توزیع غیر یکنواخت جریان در حالت استفاده از اکسیژن اشباع و تحت شرایط جابه‌جایی اجباری 1425 درصد افزایش می‌یابد.

Effect of the Phase Change on the Flow Distribution in the Manifold of Fuel Cell Stack

In this paper, the effect of water vapor phase change on the distribution of oxygen flow in the cathode side of a polymer electrolyte membrane fuel cell stack with 26 cells is investigated by using computational fluid dynamics. For this purpose, a code is developed in OpenFOAM software and validated with experimental data for the singlephase flow distribution. Three different boundary conditions are applied to the walls of the manifold: constant temperature, free and forced heat convection. The results indicate that water generated from condensation on the lower wall of the inlet manifold enters the first cell. Also, the accumulation of water in this area reduces the flow velocity at the entrance of the first cell. The condensed water vapor on the upper wall of the inlet manifold moves to the end of the stack. Part of the water enters into the last four cells, and the other part returns to the manifold due to the vortex. Therefore, the first cell and the last four cells receive less reactant than other cells. The nonuniform flow distribution parameter increases by up to 1425% on using saturated oxygen and under the forced convection condition.