مهدی کیهانپور، مجید قاسمی،
دوره 41، شماره 1 - ( 6-1401 )
چکیده
با توجه به روند رو به اتمام منابع سوخت فسیلی و ضرورت استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر، می‌بایست مطالعات مناسب در راستای بررسی‌های فنی و عملکردی در خصوص این منابع صورت پذیرد. لذا در این پژوهش پیل سوختی پلیمری لوله‌ای شکل به عنوان یک منبع انرژی مناسب با هندسه سه بعدی به صورت عددی، شبیه‌سازی و بررسی شده است. برای بررسی جامع، معادلات پیوستگی، ممنتوم، انرژی، تنش- کرنش و برهم کنش سیال- جامد-گرما در حالت پایا، به‌وسیله یک کد عددی المان محدود تعریف، با یکدیگر کوپل و سپس حل شده‌اند. با فرض تغییر ولتاژ پیل از 0/95 تا 0/4 ولت، عبور جریان تراکم پذیر سوخت و هوا در داخل کانال‌ها و محیط‌های متخلخل الکترود و کاتالیست و همچنین حدود 5 درجه افزایش دمای میانگین پیل، باعث تقریباً 35 نانو متر جابجایی در بخش‌های مختلف می‌شود. این جابجایی‌های ناشی از برهم کنش سیال- جامد- گرما موجب ایجاد تنش‌های گرمایی و مکانیکی می‌شوند. تنش بیشینه در حدود 3500 کیلو نیوتن بر مترمربع در الکترولیت با توجه به محدودیت جابجایی آن (میانگین جابجایی 12/8 نانو متر) ایجاد می‌شود. سپس، رابطه تغییرات ولتاژ با چگالی جریان، تنش، سرعت جریان سوخت، جابجایی و دمای پیل سوختی نشان داده شد. همچنین نتایج نشان داد که فرض بر همکنش سیال- جامد- گرما توان پیل سوختی را تا حدود 3 درصد کاهش می‌دهند. در پایان اثر پارامترهای مختلف از جمله شعاع کانال سوخت و هوا و رسانایی الکترونی و یونی بررسی شد. به عنوان مثال، در ولتاژ 0/4 ولت، کاهش 20 درصدی شعاع کانال سوخت و هوا و همچنین افزایش 100 درصدی رسانایی الکترونی و یونی به‌ترتیب باعث افزایش حدود 2/17، 0/05، 3/69 و 40 درصد چگالی جریان الکتریکی می‌شود
