کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
7714213 1497437 2015 12 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Experimental and computational study on the dynamic interaction between load variation and back pressure control in a polymer electrolyte membrane fuel cell for automotive application
ترجمه فارسی عنوان
بررسی تجربی و محاسباتی بر روی تعامل پویا بین تغییر بار و کنترل فشار برگشتی در یک سلول سوختی غشای الکترولیتی پلیمر برای کاربرد خودرو
کلمات کلیدی
سلول سوختی غشای الکترولیتی پلیمر، مدل سازی پویا، فشار پشت، واکنش گذرا، استراتژی عملیاتی،
ترجمه چکیده
مطالعات تجربی و محاسباتی بر روی ویژگی های عملکرد سلول سوختی با تغییر فشار برگشتی در کاتد و نقاط آند برای هر دو عملیات ثابت و گذرا انجام شد. در آزمایشات، فشار برگشتی توسط یک رگولاتور فشار در خروجی سلول سوخت کنترل شد و اثرات فشار عملیاتی در شرایط بار مختلف مشاهده شده در عملیات حالت پایدار مشاهده شد. پاسخ های گذرا از سلول سوخت به بار تغییر در فشار عملیاتی مختلف نیز مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر این، به منظور به طور کامل درک اثرات پارامترهای اصلی در فشار عامل مختلف بر روی عملکرد سلول سوختی، یک مدل شبیه سازی پویا از پشته سلولی توسعه یافته است. تجزیه و تحلیل عملکرد نشان داد که ولتاژ بالا توسط سلول تولید می شود زمانی که فشار بالا حفظ شد، زیرا فشار بالا باعث بالا رفتن غلظت گاز واکنش دهنده در نزدیکی غشا. سرعت جریان جرمی آب مایع با افزایش فشار در یک رطوبت مشخص افزایش پیدا کرد که موجب حفظ ولتاژ بالاتر شد. با این حال، بیش از حد و کم ولتاژ خروجی در طول انتقال بار نیز با افزایش فشار بازگشت افزایش می یابد، در درجه اول به دلیل تفاوت میزان میزان عرضه گاز به غشا و مصرف گاز در نزدیکی غشا. در حالی که مصرف گاز در نزدیکی غشا سریع بود، گاز رآباد تازه نیاز به برخی از زمان برای رسیدن به غشاء. انقباض زمان ذاتی منجر به کاهش مقدار و غلظت با تغییر بار شد. مشاهده شد که آب مایع باقی مانده نیز عامل مهمی بود که در طول تغییر بار تغییرات ناچیز یا غلظت را تحت تاثیر قرار داد. در نهایت، یک استراتژی عملیاتی با استفاده از یک رگولاتور فشار برگشتی پیشنهاد شده و در یک کار گذرا از تنوع بارهای چند مرحله ای نامنظم مورد استفاده قرار می گیرد. قبل از تغییر بار، فشار برگشتی باید کاهش یابد و برای عملیات پایدار به سطح پیش تعیین شده بازگردانده شود. نشان داده شده است که ساندویچ در هنگام انتقال تغییرات ناچیز یا بیش از حد را کاهش می دهد، و این می تواند به کاهش کارایی کارایی با کاهش ضایعات انگلی در سیستم سلول سوخت منجر شود.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه شیمی الکتروشیمی
پیش نمایش مقاله
بررسی تجربی و محاسباتی بر روی تعامل پویا بین تغییر بار و کنترل فشار برگشتی در یک سلول سوختی غشای الکترولیتی پلیمر برای کاربرد خودرو
چکیده انگلیسی
Experimental and computational study on the operating characteristics of the fuel cell with changing back pressure at the cathode and anode outlets was performed for both steady and transient operations. In the experiments, the back pressure was controlled by a pressure regulator in the fuel cell outlet, and the effects of the operating pressure under various load conditions were observed in steady-state operations. The transient responses of the fuel cell to the load changes in different operating pressures were also examined. Additionally, in order to fully understand the effects of the major parameters in various operating pressures on the fuel cell performance, a dynamic simulation model of the cell stack was developed. The performance analysis revealed that a higher voltage was produced by the cell when a high pressure was maintained because the high pressure facilitated high concentration of the reactant gas near the membrane. The mass flow rate of the liquid water also increased with increasing pressure in a given humidity, which helped to maintain higher voltage than otherwise. However, the overshoot and undershoot of the output voltage during load transition also increased with increasing back pressure, primarily because of the difference between the rates of gas supply to the membrane and gas consumption near the membrane. Whereas the consumption of the gas near the membrane was rapid, the fresh reactant gas required some time to reach the membrane. The inherent time lag resulted in undershoot and overshoot with changing load. It was observed that the remaining liquid water was also an important factor which affected the level of undershoot or overshoot during the load change. Finally, an operating strategy using a back-pressure regulator was suggested and applied in a transient operation of irregular multi-step load variation. The back pressure should be decreased before the load change and restored back to the pre-set level for the steady-operation. The former was shown to reduce the size of undershoot or overshoot during transition, and the latter could lead to the efficient operation by reducing parasitic losses in the fuel cell system.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: International Journal of Hydrogen Energy - Volume 40, Issue 36, 28 September 2015, Pages 12370-12381
نویسندگان
, , , ,