مدلسازی شبکه ای جهت بررسی اثر کوپلینگ پدیده های انتقال بر توزیع آب در لایه نفوذ گاز

لایه نفوذ گاز سمت کاتد در پیل های سوختی غشا پلیمری، آب تولید شده در واکنش را از محیط متخلخل خود به بیرون هدایت می کند. این مقاله نگاهی انتقادی به مدل های شبکه متخلخل تولید شده برای لایه نفوذ گاز مبتنی بر فرض تزریق یکنواخت آب مایع از لایه کاتالیست به درون لایه نفوذ گاز دارد. این مدل ها منجر به توزیع نسبتا یکنواختی از اشباع آب مایع در راستای درون-صفحه ای در لایه نفوذ گاز می شوند و هیچ تفاوتی تحت کانال های جریان و تحت دنده ها مشاهده نمی گردد که با مشاهدات آزمایشگاهی مغایرت دارد. در این مقاله سعی شده است که مدل شبکه ای جریان دوفازی موجود با دیگر پدیده های انتقال در لایه نفوذ گاز و دیگر لایه ها کوپل شود. برای این کار، مدل مورد نظر با مدل های شبکه ای انتقال اکسیژن و الکترون در کاتد و همچنین با مدل واکنش الکتروشیمیایی از لایه کاتالیست و مدل انتقال پروتون در غشا کوپل می شود. اولین نتیجه مدل، توزیع نرخ تولید محلی آب در لایه کاتالیست و همچنین تکامل زمانی نرخ کل تولید آب در لایه کاتالیست است که یک کاهش تقریبی 50% از شروع به کار پیل تا رسیدن به حالت دایمی تجربه می کند. در نتیجه کوپلینگ، توزیع اشباع آب در لایه نفوذ گاز کاملا غیریکنواخت بوده و شاهد ماکزیمم هایی تحت دنده ها می باشیم که نتیجه مستقیم تولید غیریکنواخت آب مایع در محل های انجام واکنش است.