• ورود کاربران دانشگاهی

  • ثبت نام(مطالعه آنلاین پایان نامه ها)

  • کاربر مهمان
    پنجشنبه 30 شهریور 1396| 54.225.39.142 :Your IP

    سامانه دسترسی به پایان نامه های دانشگاه اصفهان



    عنوان :
    بررسی فرآیند مونتاژ استک پیل سوختی پلیمری
    انتشارات : دانشگاه اصفهان
    سال :1393
    زبان : Persian
    شماره سند : 12046
    موضوع :مهندسی انرژیهای تجدیدپذیر
    پژوهشگر : مهدی ساغرچی
    توصیفگر لاتین : Polymer Electrolyte ? Membrane Fuel cell ? PEM fuel cell ? Gas Diffusion Layer ? Electrical Contact resistance ? Finite Element Method ? ABAQUS
    توصیفگر فارسی : پیل سوختی پلیمری ◄ لایه نفوذ گاز ◄ مقاومت الکتریکی تماسی ◄ روش اجراء محدود ◄ نرم افزار ABAQUS
    دانشکده : دانشکده علوم و فناوریهای نوین، گروه مهندسی انرژیها
    مقطع : کارشناسی ارشد

    استاد راهنما : سحر رشید ندیمی، سعید اصغری
    استاد مشاور :
    سال دفاع : 1393
    شماره رکورد : 12046
    شماره راهنما : ENE2 4
    فهرست : فهرست منابع
    عنوان صفحه
    فصل اول: مقدمه و مروری بر منابع
    1-1- مقدمه 1
    1-2- پیل سوختی 2
    1-3- جایگاه کنونی پیل‏های سوختی 2
    1-4- تاریخچه پیل‌سوختی 4
    1-5- مزایای پیل‌سوختی 4
    1-6- قوانین پایه‌‏ای و اصطلاحات رایج در پیل‌سوختی 5
    1-6-1- پتانسیل استاندارد پیل‌سوختی 5
    1-6-2- پتانسیل تعادلی پیل‌سوختی 6
    1-6-3- بازده ترمودینامیکی پیل‌سوختی 8
    1-6-4- ولتاژ کاری پیل 9
    1-7- انواع پیل‌های سوختی 13
    1-7-1- پیل‌سوختی اکسید جامد 14
    1-7-2- پیل‌سوختی فسفریک‏اسید 14
    1-7-3- پیل‌سوختی قلیایی 15
    1-7-4- پیل‏سوختی کربنات مذاب 16
    1-7-5- پیل‌سوختی متانولی مستقیم 16
    1-7-6- پیل‌سوختی پلیمری 17
    1-8- اهمیت و ارزش تحقیق 20
    1-9- مروری بر کارهای گذشته 21
    1-10- هدف انجام پژوهش 23
    1-11- کاربرد نتایج تحقیق 23
    فصل دوم: روش اجزاء محدود و روش تجربی
    1-2- مقدمه‏ای برروش اجزاء محدود FEM 25
    2-2- کاربردهای عمومی روش اجزاء محدود 27
    عنوان صفحه
    2-3- کاربردهای مهندسی روش اجزاء محدود 27
    2-4- نرم افزار اجزاء محدود آباکوس 27
    2-5- شبیه سازی 29
    2-5-1- مدل‏سازی سه بعدی و دو بعدی (Part) 29
    2-5-2- تعریف خصوصیات قطعه در محیط Property 33
    2-5-3- نحوه چیدمان قطعات در محیط Assembly 34
    2-5-4- تعریف تعداد مراحل و نوع حل مساله در محیط Step 35
    2-5-5- تعریف تعامل بین اجزاء مدل در محیط Interaction 35
    2-5-6- ماژول Load 36
    2-5-7- شبکه‏بندی مدل در محیط Mesh 38
    2-5-8- حل مسأله در محیط Job 39
    2-6- بخش تجربی 39
    2-6-1- نگه‏دارنده الکتریکی 39
    2-6-2- نگه‏دارنده مکانیکی 39
    2-6-3- آماده‏سازی نگه‏دارنده 40
    2-6-4- دستگاه اندازه‏گیری فشار 41
    2-6-5- پتانسیو استات 42
    2-6-6- میکروسکوپ نوری با قابلیت عکس‏برداری و فیلم‏برداری 42
    2-6-7- صفحات حساس به فشار 43
    2-6-8- آزمایش فرورفتگی لایه نفوذ گازی در صفحات دوقطبی گرافیتی 43
    2-6-9- آزمایش اندازه‏گیری مقاومت تماسی 46
    2-6-10- آزمایش اندازه‏گیری تغییر شکل صفحات دو قطبی فلزی 47
    2-6-11- آزمایش آنالیز تنش در زیر لایه نفوذ گاز 48
    فصل سوم: نتایج و بحث
    3-1- مقدمه 50
    3-2- نتایج بخش شبیه‏سازی 50
    عنوان صفحه
    3-2-1- فرورفتگی لایه نفوذ گازی در صفحات دوقطبی گرافیتی 50
    3-2-2- اندازه‏گیری مقاومت تماسی 53
    3-3-بررسی حرارتی 54
    3-3-1-فرو رفتگی لایه نفوذ گاز در شیار‏های شبکه توزیع جریان صفحات دوقطبی فلزی 59
    3-3-2- تغییر شکل صفحات دو قطبی فلزی 61
    3-4- نتایج بخش تجربی 64
    3-4-1- مقایسه فرورفتگی لایه نفوذ گازی در صفحات دوقطبی گرافیتی در آزمایش تجربی 64
    3-5- اندازه‏گیری مقاومت تماسی 66
    3-6- تغییر شکل صفحات دو قطبی فلزی و فرورفتگی GDL در شیار‏های BPP در آزمایش تجربی 67
    3-7- آنالیز تنش در زیر لایه نفوذ گاز 69
    3-8- طراحی آزمایش 71
    3-9- روش شناسی رویه پاسخ(RSM) 73
    3-10- مدل‏سازی آماری مقاومت الکتریکی تماسی 73
    3-10-1- مدل چندجملهای درجه دو 74
    3-10-2- مدل لگاریتمی درجه یک 78
    3-10-3- مدل چندجملهای درجه یک 82
    فصل چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات
    4-1- نتیجه‏گیری 87
    4-2- پیشنهادات 88
    4-3- منابع و مأخذ 89






    چکیده :
    چکیده درقرن حاضر به‏علت کاهش منابع سوخت‏های فسیلی و افزایش خطرات مرتبط با گرمایش جهانی، پیل‏های سوختی به‏عنوان یک فن‏آوری جایگزین تولید توان شناخته شده‏اند. در بین انواع مختلف پیل‏های سوختی، پیل سوختی غشاء پلیمری به‏دلیل وجود مزایائی همچون دمای کاری پایین، بازده بالا، زمان راه‏اندازی کوتاه و چگالی توان بالا مورد توجه قرار گرفته است. تلفات اهمی یکی از منابع اصلی اتلاف توان در پیل‏های سوختی پلیمری میباشد. مقاومت الکتریکی تماسی بین لایه نفوذ گاز (GDL) و صفحات دوقطبی (BPP) به‏عنوان مهم‏ترین بخش تلفات اهمی در پیل‏های سوختی غشاء پلیمری معرفی میشود. فشار مونتاژ یکی از عوامل تأثیر گذار در مقاومت الکتریکی پیل‏های سوختی میباشد. افزایش فشار مونتاژ، رسانایی الکتریکی لایه نفوذ گاز را افزایش میدهد. همچنین باعث کاهش مقاومت تماسی الکتریکی بین لایه نفوذ گاز و صفحات دوقطبی میشود. از سوی دیگر افزایش فشار مونتاژ باعث فرورفتن لایه نفوذ گاز در شیار‏های صفحات دوقطبی میشود که این امر موجب کاهش قطر هیدرولیکی شبکه توزیع جریان و در نتیجه افزایش افت فشار در آند و کاتد میشود. در پژوهش حاضر به بررسی اثر پارامتر‏های هندسی و مونتاژ بر مقدار مقاومت الکتریکی تماسی بین لایه نفوذ گاز و صفحات دوقطبی و همچنین فرورفتگی لایه نفوذ گاز در شیار‏های شبکه توزیع جریان پرداخته شده است. برای بررسی اثر پارامتر‏های هندسی، از حاصل تقسیم عرض جداره (Rib) به عرض شیار (Channel) به‏عنوان یک پارامتر (R/C) موثر استفاده شده است. ابتدا یک مدل سه بعدی با صفحات دوقطبی گرافیتی به ازاء سه مقدار متفاوت پارامتر R/C ساخته شد و تاثیر این پارامتر بر مقاومت الکتریکی تماسی بررسی گردیده است. نتایج شبیه‏سازی نشان میدهد که افزایش پارامتر R/C موجب کاهش مقاومت الکتریکی تماسی میشود. سپس یک مدل دوبعدی برای بررسی اثر حرارت بر مقدار فرورفتگی GDL در شیار‏های شبکه توزیع جریان و همچنین بررسی تنش تماسی بین GDL و BPP ساخته شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان میدهد که اعمال حرارت تأثیر به‏سزایی بر مقدار فرورفتگی GDL و همچنین تنش تماسی بین GDL و BPP ندارد، ولی تنش در صفحات دوقطبی را به مقدار زیادی افزایش میدهد. در قسمت آخر شبیه‏سازی، یک مدل دوبعدی با صفحات دوقطبی فلزی برای دو اندازه مختلف ساخته شد. از این مدل برای بررسی مقدار فرورفتگی GDL در شیار‏های شبکه توزیع جریان و همچنین مشاهده تغییر شکل صفحات دو قطبی فلزی استفاده شد. نتایج حاصل از این شبیه‏سازی نشان میدهد که افزایش عرض شیار‏ها و کاهش عرض جداره‏ها موجب افزایش مقدار فرورفتگی GDL در شیار‏های شبکه توزیع جریان میشود و فشار مونتاژ تغییر شکل دائم در صفحات دو قطبی فلزی به وجود میآورد. در مرحله بعد مقدار مقاومت الکتریکی تماسی بین GDL و BPP و همچنین مقدار فرورفتگی GDL در شیار‏های BPP برای سه نسبت مختلف R/C به‏صورت تجربی اندازه‏گیری شد و نتایج حاصل از آزمایشات تجربی با نتایج حاصل از شبیه‏سازی مقایسه شد. سپس صفحات دوقطبی فلزی با دو اندازه مختلف ساخته شده و مقدار فرورفتگی GDL در شیار‏های شبکه توزیع جریان در آنها مورد بررسی قرار گرفته است. در انتها از نتایج داده‏های تجربی مقاومت الکتریکی تماسی یک مدل آماری ساخته شد. در مدل آماری پیشنهاد شده مقاومت تماسی به‏عنوان تابعی از فشار و پارامتر R/C آورده شد. کلمات کلیدی: پیل سوختی پلیمری، لایه نفوذ گاز، مقاومت الکتریکی تماسی، روش اجراء محرود، نرم افزار ABAQUS

    چکیده انگلیسی :
    Abstract Owing to the decrease of fossil fuel resources coupled with the increased risk of global warming, fuel cells have been recognized as an alternative power generation technique in numerous applications in the future. Among the various types of fuel cells, proton exchange membrane (PEM) fuel cell is considered as one of the most promising fuel cells, because of its advantages such as lower operating temperature, short response time, high efficiency, convenient fuel supply, and so on. One of the key factors that cause power loss in PEM fuel cells is the contact resistance between the bipolar plate (BPP) and the gas diffusion layer (GDL). In the assembly process of a fuel cell stack, a sufficient contact pressure at the interface between neighboring components should be provided, since the Interfacial Contact Resistance (ICR) will be dramatically reduced with the increasing interface contact pressure. However, too large a clamping force will result in an excessive resistance to the transport of reactants in the GDL and even in the flow channels due to the intrusion of the GDL. The main purpose of this study is to develop a mechanical–electrical FEM model to predict the effect of numerical parameters of flow field on the electrical contact resistance and GDL intrusion. Rib(R) and Chanal (C) width was considered as numerical parameters, then the effects of R/C as an effective parameter was investigated. In this dissertation 3 FEM models were developed to predict different effects of clamping force on the graphite and steel BPPs. Graphite FEM models were established for 3 different R/C. 1- a direct coupled mechanical–electrical FEM model,which can simulate the mechanical and electrical fields simultaneously, was developed to predict the contact resistance between the BPP and the GDL. At first, experiments were conducted to obtain the interfacial contact resistivity between the GDL and a flat graphite plate. Then, with the interfacial contact resistivity, the mechanical–electrical FEM model for a real 3D BPP/GDL assembly was established. At last, the contact resistance was calculated based on the numerical results of the electrical field of the model. 2-A 2D mechanical FEM model, which can simulate the mechanical fields, was developed to predict the GDL intrusion and plastic deformation of steel BPP. Steel BPP was manufactured in 2 different sizes. The experiments were conducted to obtain the GDL intrusion and steel deformation. 3- A 2D mechanical FEM model, which can simulate the thermal field, was developed to predict the effects of heat on the GDL intrusion and contact pressure between GDL and BPP. In the empirical section ICR was considered as a function of clamping force and dimensionless parameter R/C. A full factorial design (32) using the experimental design methodology was employed for the recognition the phenomenon so that the main effects and interactions among variables can be estimated by keeping to a minimum the number of experiments. At the end a statistical model for predicting the ICR was developed. Key Words : Polymer Electrolyte, Membrane Fuel cell, PEM fuel cell, Gas Diffusion Layer, Electrical Contact resistance, Finite Element Method, ABAQUS


    کلید واژه ها :
    پیل سوختی پلیمری ◄ لایه نفوذ گاز ◄ مقاومت الکتریکی تماسی ◄ روش اجراء محدود ◄ نرم افزار ABAQUS,Polymer Electrolyte ◄ Membrane Fuel cell ◄ PEM fuel cell ◄ Gas Diffusion Layer ◄ Electrical Contact resistance ◄ Finite Element Method ◄ ABAQUS

    آبان1393
    0

    صفحه اول : University of Isfahan Faculty of Advanced Sciences and Technologies Department of Renewable Energy Engineering M.Sc. Thesis Investigation of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Stack Assembly Supervisors: Dr. Sahar Rashid Nadimi Dr. Saeed Asghari By: Mahdi Sagharichi November 2014
    فصل اول : 1-24
    فصل دوم : 25-49
    فصل سوم : 50-86
    فصل چهارم : 87-93
    فصل پنجم :
    فصل ششم :