نقش تغییر فاز در توزیع جریان درمنیفولد استک پی لسوختی

در یک پیل سوختی پلیمری، رسانایی پروتونی غشا به میزان رطوبت وابسته بوده و استفاده از گازهای واکنش دهنده در حالت اشباع می تواند عملکرد پیل سوختی را بهبود بخشد. انتقال حرارت گاز واکنش دهنده با دیوار استک باعث چگالش بخشی از بخار آب موجود در گاز ورودی می شود. تغییر فاز، توزیع جریان گاز در میان سلول های استک را تحت تاثیر قرار می دهد. در این مقاله از دینامیک سیالات محاسباتی برای بررسی تاثیر تغییر فاز بخار آب در توزیع جریان گاز اکسیژن در بخش کاتد یک استک پیل سوختی پلیمری با 26 سلول استفاده شده است. به همین منظور، کدی در نرم افزار OpenFOAM توسعه یافته و با داده های آزمایشگاهی برای توزیع جریان تک فاز اعتبارسنجی شده است. سه شرط مرزی متفاوت به دیوار منیفولد اعمال شده است: دماثابت، انتقال حرارت جابه جایی آزاد و اجباری. نتایج نشان می دهد که آب تولیدی از چگالش بر روی دیوار پایین منیفولد وارد سلول اول می شود. همچنین تجمع آب در این ناحیه باعث کاهش سرعت جریان در ورودی سلول اول می گردد. آب چگالیده شده بر روی دیوار بالایی منیفولد به انتهای استک هدایت می شود. بخشی از آن وارد چهار سلول انتهایی شده و بخشی دیگر به دلیل گردابه به درون منیفولد بازمی گردد. بنابراین سلول اول و چهار سلول آخر مقدار کمتری واکنش دهنده دریافت می کنند. پارامتر توزیع غیریکنواخت جریان در حالت استفاده از اکسیژن اشباع و تحت شرایط جابه جایی اجباری 1425 درصد افزایش خواهد یافت.