شبیه‌سازی، ساخت و آزمایش پیل سوختی غشای پلیمری با صفحات انتهایی شفاف

در این پژوهش، مراحل طراحی و ساخت یک دستگاه پیل سوختی غشای پلیمری شفاف با هدف فراهم‌ساختن امکان مشاهده مستقیم پدیده طغیان در کانال‌های جریان دو سمت آند و کاتد شرح داده شده‌است. در طراحی پیل ابتدا چالش‌های پیش‌روی ساخت شناسایی و در ادامه پیل طراحی‌شده شبیه‌سازی گردیده‌است. در گام نخست طراحی، ضمن بیان ضوابط و محدودیت‌های تکنیکی ساخت این دسته از پیل‌های سوختی، راهکارهای اجرایی در راستای غلبه بر این چالش‌ها ارائه و بر مبنای آن‌ها جنس و پارامترهای ابعادی کلیه قطعات تعیین گردیده‌است. در مرحله دوم طراحی، عملکرد پیل بصورت پایا و دوفازی در نرم‌افزار انسیس فلوئنت شبیه‌سازی و منحنی قطبیت استخراج شده‌است. در ادامه و در مرحله راه‌اندازی، گشتاور پیچشی پیچ‌ها به‌کمک منحنی قطبیت بهینه‌سازی شده‌است. نتایج حاصل بیانگر مقدار گشتاور پیچشی بهینه برابر 1 برای هر پیچ در پیل ساخته شده می‌باشد. در ادامه به منظور صحت‌سنجی مدل عددی، در شرایط عملیاتی مشابه، نمودار قطبیت آن با نمودار قطبیت پیل ساخته‌شده مورد مقایسه قرار گرفت. خطای %6.87 این مقایسه نشان‌دهنده دقت مناسب روش عددی است. در انتها نیز از کانال‌های جریان سمت کاتد عکس‌برداری صورت پذیرفت و با استفاده از روش پردازش تصویر، آب انباشته‌شده در کانال‌های جریان شناسایی گردید.

simulation, manufacturing and test of a transparent proton-exchange membrane fuel cell

in this research, a transparent proton-exchange membrane fuel cell is designed and manufactured to visualize the anode and cathode side flow channels and study the flooding phenomenon. manufacturing challenges are found, and cell design is simulated before manufacturing. restrictions are expressed in the first place and then practical solutions are presented to cope with them; materials and dimensions are then determined accordingly. as the second step, the cell’s operation is simulated and the polarization curve is extracted using a steady-state two-phase computation fluid dynamics model. after the manufacturing of all components, due to the high influence of the torque of the bolts on the leakage, lifetime and operation of the cell, this parameter is optimized using polarization curves. a torque of 1n.m for the bolts is found to be optimum. in order to validate the numerical model, the polarization curve of the model is compared with that of the experiment. an error of 6.76% demonstrates the suitable accuracy of the numerical model. finally, the accumulated water on the cathode side is detected using direct visualization and image processing technique.