Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2018
Öğrenci: CELAL YILMAZ
Danışman: MUHİTTİN BİLGİLİ
Özet:Bu çalışmada, proton değişim membran (PEM) yakıt pili bileşenlerinden biri olan bipolar plakalarının gaz akış kanal deseninin yakıt pili performansına olan etkisi araştırılmıştır. Çalışmada, farklı gaz akış kanal desenleri kullanılmıştır. PEM yakıt pili performansına bipolar plaka gaz akış kanal deseninin etkisi üç boyutlu model kullanarak hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) ve deneysel veriler ile incelenmiştir. Bu amaçla, literatürde pek çok PEM yakıt pili araştırmacısının yaygın olarak incelediği akış kanalı desen tasarımlarından yararlanılarak toplamda beş farklı gaz akış kanal deseni, üç kanallı serpantin tip (3S), paralel tip (PT), paralel serpantin (PS), pin tipi (PN) ile alternatif bir gaz akışı kanal deseni olarak tasarlanan özel dalga tipi (DT) modeli oluşturulmuştur. Sayısal analizlerde ANSYS FLUENT programının PEM yakıt pili modülü kullanılmıştır. Simülasyonlarda reaktant gaz nem oranı, reaktant oranı, hücre sıcaklığı, reaktant basıncı, bipolar plaka kanal genişliği ve kanal yüksekliği parametreleri sabit tutularak farklı gaz akış kanal desen modellerinin analizleri gerçekleştirilmiştir. Sayısal analiz ile gaz akış kanalı desen modelleri için hız ve sıcaklık dağılımı, reaktant ve su derişim dağılımları ve polarizasyon eğrileri elde edilmiştir. Aynı zamanda gaz akış kanal deseni üzerindeki basınç düşmesi araştırılmıştır. Sayısal analiz çözümlerinin doğrulanması için tek hücreden oluşan PEM yakıt pilinin deneysel çalışmaları da yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda elde edilen akım-voltaj verileri kullanılarak PS tip gaz akış kanal modelinin polarizasyon eğrisi elde edilmiştir. Deneysel çalışmalarda anot tarafında hidrojen, katot tarafında ise hava reaktant gazları kullanılmıştır. 5 cm2 aktif alana sahip PS tip gaz akış kanal deseni ile hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile hazırlanan yakıt pili modelinin fiziksel geçerliliği, deneysel sonuçlar ile karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Ek olarak, beş farklı gaz akış kanal deseninin polarizasyon eğrileri birbirleri ile karşılaştırılarak en iyi performansa sahip gaz akış deseni belirlenmiştir. Bu sonuçlara göre en iyi performansa sahip 3S gaz akış kanalı modeli ile en kötü sunucu veren PN tip gaz akış kanal deseni arasında 0,4 V hücre voltajında % 18,7 fark elde edilmiştir. Çalışmanın sonucunda, basınç düşüşü de dikkate alındığında özellikle büyük ölçekli uygulamalar için DT tipi gaz akış kanalı modelinin daha uygun olduğu değerlendirilmiştir.