แบบจำลองเชิงพลวัต 3 มิติของเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็มขนาด 5 ตารางเซนติเมตร

Abstract

แบบจำลองสามมิติของเซลล์เชื้อเพลิงแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนถูกสร้างขึ้นเพื่อจำลองพลศาสตร์ของไหลและทำนายปรากฏการณ์การถ่ายโอนมวลสารในเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม แบบจำลองมุ่งเน้นที่การศึกษาการไหลของของไหลในช่องการไหลของแก๊ส การกระจายตัวของแก๊สและโปรตอน การเกิดปฏิกิริยาในชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งทางฝั่งแอโนดและฝั่งแคโทดและความหนาแน่นกระแสที่ได้ ในงานวิจัยนี้ได้สร้างแบบจำลองของเซลล์เชื้อเพลิงขนาด 5 ตารางเซนติเมตรซึ่งประกอบด้วยช่องการไหลของแก๊สแบบขนานและคดเคี้ยว ชั้นการแพร่แก๊ส ชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาและเมมเบรนโดยใช้โปรแกรมการคำนวณทางพลศาสตร์ของไหลชื่อว่า ANSYS FLUENT 12.1 ตัวแปรต่างๆ ที่ใช้ในการคำนวณได้มาจากงานวิจัยอื่นๆ และจากการทดลอง ในงานวิจัยนี้เน้นศึกษาผลของความเร็วแก๊สขาเข้าและค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของโปรตอนที่มีต่อการกระจายตัวของแก๊สและโปรตอน อัตราการเกิดปฏิกิริยาและการกำจัดน้ำ จากผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าทางฝั่งแอโนด โปรตอนเคลื่อนที่ออกจากระบบมากขึ้นเมื่อความเร็วของแก๊สขาเข้ามากขึ้นอย่างไรก็ตามอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย สำหรับทางฝั่งแคโทดความเร็วของแก๊สขาเข้าที่มากขึ้นยังช่วยกำจัดน้ำที่เกิดจากปฏิกิริยาได้ดีขึ้น ทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นซึ่งทำให้ความหนาแน่นกระแสและสมรรถนะของเซลล์เพิ่มขึ้น ในส่วนของผลกระทบจากค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของโปรตอนแสดงให้เห็นว่าเมื่อค่าสัมประสิทธิ์มีค่าลดลงจะทำให้โปรตอนมีปริมาณสะสมมากขึ้นเนื่องจากโปรตอนแพร่ได้ช้าลงและถูกเคลื่อนที่ได้ยากขึ้น และในส่วนของผลจากความแตกต่างของช่องทางการไหลพบว่าช่องการไหลแบบคดเคี้ยวให้ผลของการกำจัดน้ำและการกระจายตัวของแก๊สออกซิเจนฝั่งแคโทดดีกว่าช่องการไหลแบบขนาน