System-level modeling and simulation of direct methanol fuel cells

Bu tezde, doğrudan metanollü yakıt pili (DMYP) için kurum içi deneysel verilerini, sistem elemanları için uygulanan kütle, enerji ve ekserji denge denklemleriyle birleştiren aktif DMYP sisteminin termodinamik bir modeli geliştirildi. Bu amaçla, termodinamik analizi takip eden şekilde geliştirilmiştir; ilk olarak, tamamen deneysel yöntemlerden daha az maliyetli ve tamamen teorik yöntemlerden daha doğru olan yarı-deneysel bir matematiksel DMYP sistemi modeli oluşturulmuştur. Bu amaçla, bazı çalışma koşulları (örneğin metanol konsantrasyonu, akım yoğunluğu ve hava akış hızı) için DMYP üzerinde yapılan deneylerle elde edilen veriler, eğri uydurma yöntemi ile model denklemlerine (kütle, enerji ve ekserji dengeleri) entegre edilmiştir. Böylelikle, bu model, çalışma koşulları altında anot ve katot taraflarının giriş ve çıkışındaki kütle akış hızlarını, ekserji akış hızlarının yanı sıra DMYP'nin güç yoğunluğunu bulmak için kullanılır. Daha sonra, sistem elemanlarının giriş ve çıkışındaki kütle ve ekserji akış hızlarını bulmak için temel termodinamik denklemler bu sistem elemanlarını çevreleyen kontol hacimlerine uygulanır. Bu denklemler Engineering Equation solver (EES)'da çözülerek, çalışma koşullarının kondenser çıkış sıcaklığına, her bir sistem elemanı için ekserji yıkımlarına, sistem elemanlarının güç çıktısına ve sistemin elektriksel ve ekserjetik verimliliğine etkisi hesaplanmıştır. Ayrıca, bir DMYP sisteminde kurulu hazır bir kondenser için iki fazlı yenilikçi bir model geliştirilerek bu sistemin su özerkliği incelenmiştir. Su özerkliği için bu modelden kapsamlı sonuçlar (örneğin bağıl nem ve buhar basıncı) ve kondenserdeki yoğuşmuş kütle akısı elde edilir.