Simulation of an innovative flow-field design based on a bio-inspired pattern for pem water electrolysis
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: MOHAMMAD NASER ALOBEID
Danışman: Selahattin Çelik
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:
Yenilenebilir enerji kaynaklarıyla eşleştirilen elektroliz, yeşil hidrojen üretimi için oldukça önemli bir yöntem olarak ortaya çıkıyor. Elektroliz yaklaşımları yelpazesinde, Polimer Elektrolit Membran Su Elektrolizörü (PEMWE), sıkıştırılmış, yüksek saflıkta hidrojen üretme kapasitesi nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Bipolar plakaların tasarımı ve kanal desenleri, PEM su elektrolizörünün performansını ve dayanıklılığını önemli ölçüde etkilemektedir. İyi tasarlanmış akış alanları, hücre içinde basıncın ve hızın eşit dağılımını sağlamada, yüksek basınçlı çalışma yetenekleri sağlamada ve yüksek akım yoğunluklarını kolaylaştırmada çok önemli bir rol oynar. Bu çalışmada, 13,85 santimetrekarelik dairesel bir kesite sahip, yeni bir bipolar plaka kanal modeli olarak gerçek bir yaprak biyo-esinli geometri kullanılmıştır. COMSOL Multiphysics yazılımını kullanan kapsamlı bir üç boyutlu sayısal model geliştirilmiştir. Simülasyon sonuçları, yayınlanmış çalışmalardan önceden simüle edilmiş deneysel verilerle karşılaştırıldığında güçlü bir uyum göstermektedir. Beş farklı yaprak biyo-esinli model ile geleneksel modellerin karşılaştırılması sonrasında sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bulgular, tam yaprak akış alanı modelinin, geleneksel modellerin aksine en düzgün hız profilini, daha düşük basınç düşüşünü, üstün basınç dağılımını ve yüksek karışım homojenliğini ortaya çıkarmıştır. Sayısal çalışma sonunda elde edilen polarizasyon eğrilerine göre gerçek yaprak biyo-ilhamlı akış alanı tasarımını diğer geleneksel tasarımlara göre tercih edilen bir seçenek olarak konumlandırdığı sonucuna ulaşılmıştır.