مدل‌سازی جریان دوفازی در لایه نفوذ گاز کاتد پیل سوختی پلیمری

در لایه نفوذ گاز کاتد پیل سوختی پلیمری، علاوه بر هوا، آب هم بصورت مایع و هم بصورت گاز جریان دارد. تماس دو فاز مایع و گاز از یک سو و تبادل جرم میان این دوفاز از سوی دیگر، بر پارامترهای اصلی جریان دوفازی و در نتیجه عملکرد پیل سوختی پلیمری اثر می گذارد. در این مقاله ضمن بررسی اثر تماس دوفاز و تبادل جرم میان آنها، نمودار پارامترهای اصلی جریان دوفازی از جمله فشار مویینگی، میزان اشباع، غلظت مولی گونه‌های گازی، سرعت مخلوط گازها، سرعت آب و غیره استخراج شده است. علاوه بر این، تاثیر تغییر رطوبت نسبی هوای ورودی به کاتد و همچنین تغییر دمای عملکرد پیل سوختی بر این پارامترها مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور محاسبه دقیق میزان آب وارد شده از سمت غشا به لایه نفوذ گاز، جریان آب در غشا نیز مدل‌سازی شده است. نتایج نشان می دهد که کاهش رطوبت نسبی هوای ورودی به کاتد از 90 درصد به 70 درصد، سهم بخار آب در تخلیه آب از لایه نفوذ گاز کاتد را تا 300 درصد افزایش می‌دهد. علاوه بر این به تبع این کاهش رطوبت سرعت آب، گرادیان فشار مویینگی و گرادیان اشباع کاهش می یابد. افزایش دمای عملکرد پیل سوختی نیز، افزایش نرخ تبخیر، کاهش سرعت توده گاز و کاهش گرادیان فشارگاز را به دنبال دارد.