Proton değişimli bir yakıt hücre sisteminin hesaplamalı akışkanlar dinamiği esaslı modellenmesi

Bu tezde, Proton Değişimli Membran tipi (PEMFC) bir yakıt hücre yığınının çoklu fiziksel modellenmesi gerçekleştirilmiştir. Birbirinin aynı 42 tabakadan oluşan yığının her bir tabakasının yüzey alanı 26.25 cm2'dir. Çoklu fiziksel modelleme, söz konusu tabakalardan birisi esas alınmak suretiyle, bu tabaka üzerinde 0.72 cm2'lik bir birim hücre üzerinden gerçekleştirilmiştir. Comsol Multiphysics yazılımı kullanılarak 3 boyutlu olarak oluşturulan çoklu fiziksel model 0.4-0.9 V aralığında çözümlenmiştir. Çalışma koşulları olarak tek fazlı akış, sabit sıcaklık ve kararlı koşullar seçilmiş, yer çekimi etkisi göz ardı edilmiştir. Tanımlanan hücrenin fiziksel bileşenleri olan akış kanalı, gaz difüzyon tabakası, elektrot ve zar oluşturulan çoklu fiziksel modelde ayrı ayrı tanımlanmıştır. Model oluşturulurken ihtiyaç duyulan karakteristik fiziksel veriler katalog bilgisi olarak sağlandığı durumlarda üretici tarafından sunulan bilgilerden, bunun aksi durumunda ise literatürden elde edilmiştir. Üç boyutlu geometrik model ve diğer fiziksel karakteristikler ile birlikte, yakıt hücre sistemi içerisinde gerçekleşen fiziksel süreçler uygun matematiksel denklemler vasıtasıyla tanımlanmıştır. Anotta hidrojen ve su konsantrasyonu, katotta oksijen ve su konsantrasyonu ve polarizasyon eğrisi ile anot katalizör akım yoğunluğu, katot aşırı-potansiyeli, anot akım yoğunluğu, katot elektrik potansiyeli, anot aşırı-potansiyeli ve anot elektrik potansiyeli gibi temel değişkenler hesaplanmıştır. Modelleme ile elde edilen polarizasyon eğrisi doğrulama amacı ile ürün kataloğu ile karşılaştırılmıştır.