مدل سازی جریان دوفازی و غیر هم دما در پیل سوختی پلیمری

در مقاله حاضر، جریان دوفازی و غیر هم دما در لایه نفوذی گاز کاتد پیل سوختی پلیمری مدل سازی شده است. جهت استفاده از شرایط مرزی دقیق ، علاوه بر مدل سازی لایه نفوذی گاز کاتد، دیگر اجزای پیل سوختی (غشا و لایه نفوذی گاز آند) نیز مدل سازی شده اند. معادلات حاکم شامل معادلات بقای جرم، بقای مومنتم و بقای انرژی و دیگر معادلات کمکی است که توسط روش های عددی حل شده است. همچنین اثر فشار و رطوبت نسبی، اثر تماس و تبادل جرم بین دوفاز روی عملکرد پیل سوختی بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که جهت مدل سازی دقیق جریان دوفازی، لازم است هر دو اثر تماس و تبادل جرم بین دو فاز در نظر گرفته شود. به ازای رطوبت های مختلف کانال کاتد، منحنی عملکرد و منحنی توزیع دما در طول پیل سوختی در دو حالت دوفازی و تک فاز مقایسه شده اند، مقدار نسبی این دو برای دو جریان وابسته به مقدار رطوبت کانال کاتد است. با افزایش فشار گاز در کانال کاتد از 5/0 به 5 اتمسفر، محتوای آب در مرز غشا و لایه نفوذی گاز کاتد در حدود 20% افزایش یافته و به تبع آن افت اهمی کاهش می یابد. با این کاهش افت اهمی درجه حرارت در طول پیل سوختی کاهش می یابد. ولی بر عکس با افزایش فشار گاز در کانال آند، درجه حرارت در طول پیل سوختی افزایش می یابد.