• شماره ركورد
    24823
  • شماره راهنما
    MEC2 283
  • عنوان

    مدل‌سازي عددي ميكروپمپ پيزوالكتريك در كاربرد سوخت‌رساني پيل‌سوختي متانولي

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك - تبديل انرژي
  • دانشكده
    فني و مهندسي
  • تاريخ دفاع
    1404/03/19
  • صفحه شمار
    78 ص.
  • استاد راهنما
    دكتر مهدي مشرف دهكردي , دكتر ابراهيم افشاري
  • استاد مشاور
    دكتر مرتضي بياره
  • كليدواژه فارسي
    ميكروپمپ , پيل‌سوختي متانولي , هندسه لايه پيزوالكتريك , سوخت‌رساني
  • چكيده فارسي
    يكي از چالش‌هاي اصلي پيل‌هاي سوختي متانولي سوخت‌رساني ناكافي يا ناپايدار است كه مي‌تواند تأثيرات منفي بر عملكرد آن داشته باشد. اين مشكل مي‌تواند منجر به افت توان خروجي، كاهش پايداري و كاهش عمر مفيد پيل شود. استفاده از ميكروپمپ‌هاي پيزوالكتريك در سيستم‌هاي سوخت‌رساني پيل‌هاي سوختي متانولي به‌عنوان يك راهكار نوآورانه و مؤثر مطرح شده‌است. ميكروپمپ‌ها به دليل ابعاد كوچك، وزن سبك و قابليت كنترل دقيق جريان، مي‌توانند به‌طور مؤثري نيازهاي سوختي پيل‌هاي سوختي را تأمين كنند. هدف از اين پژوهش، بررسي عملكرد ميكروپمپ پيزوالكتريك در فرآيند سوخت‌رساني به پيل‌سوختي متانولي با تمركز بر طراحي و تحليل‌هاي پيشرفته است. در اين راستا، يك ميكروپمپ پيزوالكتريك با طراحي نوآورانه لايه پيزوالكتريك به صورت پره‌اي و حلقوي متحدالمركز در نرم‌افزار كامسول شبيه‌سازي شد و با حالت ديسكي مقايسه شده‌است. با توجه به عملكرد بهينه طرح پره‌اي، به بررسي تأثير پارامترهاي كليدي شامل ولتاژ، تعداد پره‌ها و فركانس تحريك بر دبي خروجي ميكروپمپ پرداخته شده‌است. اين بررسي با استفاده از دو سيال كاري متانول آبي و آب انجام شده‌است. نتايج نشان مي‌دهند كه تغيير تعداد پره‌ها، ولتاژ و فركانس تأثير مستقيمي بر نرخ جريان و عملكرد ميكروپمپ دارد. در ادامه عملكرد پيل‌سوختي متانولي به‌صورت ترموديناميكي بررسي گرديد. افت ولتاژها در پيل مدل گرديده و نمودار ولتاژ بر حسب چگالي جريان استخراج گرديد. اين نمودار ارتباط مستقيم بين پارامترهاي عملكرد پيل و نرخ تأمين سوخت توسط ميكروپمپ را نشان مي‌دهد. در نهايت، با بررسي دبي خروجي ميكروپمپ، قابليت تطبيق اين ميكروپمپ براي پيل‌هايي با تعداد سل‌هاي مختلف مورد تحليل قرار گرفت. ميانگين دبي خروجي ميكروپمپ با متانول 2مولار برابر با 0.00348 ميلي‌ليتر بر ثانيه است كه براي پيل با مساحت 25 سانتي متر مربع و با چگالي جريان 300 ميلي آمپر بر سانتي متر مربع با 9 سل و براي چگالي جريان 200 ميلي آمپر بر سانتي متر مربع براي پيل با 12 سل مناسب است. اين مطالعه نشان مي‌دهد كه طراحي پيشنهادي مي‌تواند در سيستم‌هاي مختلف، از پيل‌هاي كوچك قابل‌حمل تا پيل‌هاي سوختي با توان متوسط، به‌طور بهينه مورد استفاده قرار گيرد. نتايج اين پژوهش مي‌تواند مبنايي براي توسعه سيستم‌هاي پيشرفته سوخت‌رساني در پيل‌هاي سوختي متانولي را فراهم كند.
  • كليدواژه لاتين
    Micropump , Methanol fuel cell , Piezoelectric layer geometry , Refueling
  • عنوان لاتين
    Numerical modeling of piezoelectric micropump in the application of methanol fuel cell refueling
  • گروه آموزشي
    مهندسي مكانيك
  • چكيده لاتين
    One of the main challenges of methanol fuel cells is insufficient o‎r unstable fuel supply, which can have negative effects on its perfo‎rmance. This problem can lead to a dro‎p in output power, reduced stability, an‎d reduced useful life of the cell. The use of piezoelectric micropumps in methanol fuel cell fuel supply systems has been proposed as an innovative an‎d effective solution. Micropumps can effectively meet the fuel needs of fuel cells due to their small size, light weight, an‎d ability to accurately control the flow. The aim of this research is to investigate the perfo‎rmance of piezoelectric micropumps in the fuel supply process of methanol fuel cells with a focus on advanced design an‎d analysis. In this regard, a piezoelectric micropump with an innovative design of the piezoelectric layer in the fo‎rm of a vane an‎d a concentric ring was simulated in COMSOL software an‎d compared with the disk case. Considering the optimal perfo‎rmance of the vane design, the effect of key parameters including voltage, number of vanes an‎d excitation frequency on the output flow rate of the micropump has been investigated. This study was conducted using two wo‎rking fluids, methanol-water an‎d water. The results show that changing the number of vanes an‎d frequency has a direct effect on the flow rate an‎d perfo‎rmance of the micropump. Next, the perfo‎rmance of the methanol fuel cell was investigated thermodynamically. The voltage dro‎p in the cell was modeled an‎d a voltage graph was extracted in terms of current density. This graph showed a direct relationship between the cell perfo‎rmance parameters an‎d the fuel supply rate by the micropump. Finally, by examining the output flow rate of the micropump, the adaptability of this micropump fo‎r cells with different numbers of cells was analyzed. The average output flow rate of the micropump with 2M methanol is 0.00348 mL/s, which is suitable fo‎r a 25 cm2 cell with a current density of 300 mA/cm2 with 9 cells an‎d fo‎r a current density of 200 mA/cm2 with 12 cells. This study shows that the proposed design can be optimally used in various systems, from small po‎rtable cells to medium-power fuel cells. The results of this research can provide a basis fo‎r the development of advanced fuel delivery systems in methanol fuel cells.
  • تعداد فصل ها
    5
  • فهرست مطالب pdf
    138516
  • نويسنده

    شهرزادي، زهرا