Akış kanalları içerisindeki yarı silindirik blokların PEM yakıt pili performansına etkisinin üç boyutlu analizi

Bu tezde, anot ve katot gaz akış kanallarına farklı boyutlarda yarı silindirik engeller yerleştirilerek, tek bir hücreden oluşan proton aktaran membran yakıt pilinin (PEMFC) ANSYS-FLUENT PEMFC modülü kullanılarak analizi yapılmıştır. Analiz sonuçları literatürdeki benzer çalışmalarla karşılaştırılmış ve uyum içinde olduğu görülmüştür.PEMFC iki taraftan oluşmaktadır, bir tarafı anot diğer tarafı katottur. Anot ve katot ise; akım toplama plakası, gaz kanalı, gaz difüzyon tabakası ve katalizör tabakasının bulunduğu dört kısımdan oluşmaktadır. Anot ve katotun arasında membran bulunmaktadır. Anot ve katot gaz difüzyon tabakaları, iki katalizör tabakası ve membran, Membran Elektrot Çiftini (MEÇ) oluşturmaktadır.Fiziksel model anot ve katot gaz kanalları içerisine yerleştirilen farklı yarıçap (r=0,40 ? 0,49 mm) ve sayıdaki yarı silindirik bloklardan oluşmaktadır. Yarıçap ve blokların sayısı, blokların toplam kesit alanı sabit kalacak şekilde seçilmiştir. Bu problemin çözümü için, kütle, momentum, enerji, türler ve faz potansiyelinin korunumu dikkate alınmıştır. ANSYS FLUENT PEMFC modülünde yakıt pili içindeki elektrokimyasal eşitlikler, hidrojenin oksidasyonu ve oksijenin indirgenme hızına bağlı olarak çözülmüştür. İki farklı kalınlık değerinde belirlenen MEÇ için PEMFC modelleri incelenmiştir. Düz gaz akış kanallı PEMFC modeli geometrisi için çalışma basıncının akım yoğunluğuna etkileri bu iki MEÇ (MEÇ-1 ve MEÇ-2) kullanılarak analiz edilmiştir. Bütün incelenen durumlar için sıcaklık şartları, anot ve katot gaz kanalı giriş çıkışlarıyla birlikte yakıt pilinin alt ve üst dış yüzeylerinde sabit olarak alınmıştır.Hız, sıcaklık, hidrojen ve oksijenin kütle kesri dağılımları ile ilgili sonuçlar, ana gaz akış yönünde iki boyutlu olarak sunulmuştur. Ayrıca hidrojenin kütle kesri değişimleri ana akışa dik kesitlerde (giriş, orta ve çıkış) alınan dağılımlarla iki boyutlu olarak incelenmiştir. Analizi yapılan her bir durum için kutuplaşma eğrileri oluşturulmuş ve gaz akış kanallarına konulan engellerin kutuplaşma eğrileri üzerine olan etkileri incelenmiştir.Bu çalışmada ele alınan engelli kanal geometrisi sonuçlarına göre, blokların toplam kesit alanı sabit kalacak şekilde engel sayısı arttırıldığında maksimum akım yoğunluğu değerlerinde %14,5'e varan iyileştirmeler elde edilebilmektedir.Anahtar Kelimeler : PEM yakıt pili, PEMFC, engelleyici blok, polarizasyon eğrileri, sayısal analiz.