 |
خنک کننده پشته پیل سوختی
معرفی
این آموزش مدیریت حرارتی یک پشته پیل سوختی غشای الکترولیت پلیمری (PEM) را مدل‌سازی می‌کند. عملکرد پشته با مشخصات دمایی مشابه برای همه سلول‌ها مهم است، زیرا توزیع دما نابرابر ممکن است منجر به تراکم بخار آب غیریکنواخت و تغییر عملکرد سلول به سلول شود.
پشته متشکل از پنج سلول است که با صفحات دوقطبی که مایع خنک‌کننده مایع را حمل می‌کنند، درون لایه‌ای قرار گرفته‌اند. این مدل دما، پتانسیل‌های فاز الکترود و الکترولیت، انتقال جرم گونه‌های واکنش‌دهنده در هر محفظه گاز جداگانه، و فشار سیال و سرعت‌های متناظر در محفظه‌های جریان گاز و مایع را حل می‌کند.
کانال های جریان صفحات دوقطبی به طور صریح در هندسه حل نمی شوند. در عوض از نفوذپذیری ناهمسانگرد برای تعریف الگوهای جریان سیال در داخل پشته استفاده می شود.
تعریف مدل
شکل 1 سلول واحد تکراری را نشان می دهد که برای ساخت هندسه مدل استفاده می شود. صفحه دوقطبی (BPP) که توسط ورق های فولادی طرح دار ساخته شده است، محفظه های گاز هیدروژن و اکسیژن (هوا) را جدا می کند و همچنین دارای یک محفظه جریان جداگانه برای مایع خنک کننده است. BPP همچنین شامل منیفولدهای ورودی و خروجی است تا سیالات را به کانال های جریان اضافی بزرگتر که خارج از هندسه مدل قرار دارند هدایت کند. پشته در این آموزش از الگوی “Z” برای کانال های جریان گاز استفاده می کند که جهت کانال های هوا در شکل 1 نشان داده شده است . برای سمت هیدروژن، از همان الگوی استفاده می‌شود که در صفحه yz منعکس شده است . برای جریان خنک کننده، جهت جریان یکنواخت در امتداد y-محور فرض می شود. بین هر BPP، مجموعه‌های الکترود غشایی (MEAs) قرار می‌گیرند که از یک لایه انتشار گاز (GDL) و یک الکترود انتشار گاز (GDE) در هر محفظه گاز و یک غشای الکترولیت پلیمری در بین آن‌ها تشکیل شده‌اند.
لازم به ذکر است که محفظه های جریان خنک کننده از اتحاد دو طرف هیدروژن و اکسیژن BPP ها در هنگام چیدن سلول های واحد بر روی یکدیگر تشکیل می شوند. به طور کلی در طراحی پشته، به دلیل اینکه فقط باید جریان یک گاز را تامین کند، صفحات اول و انتهایی باید در مقایسه با صفحات داخلی متفاوت طراحی شوند. در این آموزش، صفحات اول و انتهایی با افزودن BPP های “نیم” اضافی، با استفاده از طرح مشابه شکل 1 ، اما با حذف محفظه گاز غیرفعال و منیفولد ساخته می شوند. در نتیجه، جریان کوک به اولین و آخرین سلول در پشته بزرگتر از سلول های داخلی می شود.
.
شکل 1: سلول واحد تکراری. فلش های بزرگتر جهت کانال های جریان در محفظه اکسیژن (هوا) صفحه دوقطبی را نشان می دهد. شکل ده برابر در جهت z کوچک شده است.
کانال های مجزا در BPP های الگودار در هندسه مدل حل نمی شوند. در عوض، BPPها به حوزه های جداگانه مربوط به جهت جریان اصلی گاز تقسیم می شوند. سپس از معادلات جریان همگن بر اساس قانون دارسی برای تعریف جریان با استفاده از نفوذپذیری ناهمسانگرد مربوط به جهت کانال ها استفاده می شود.
هندسه نهایی، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، با انباشته شدن پنج سلول واحد روی هم، با اضافه شدن “نصف” BPP خنک کننده جلویی و انتهایی، همانطور که در بالا بحث شد، ساخته می شود. بلوک های انتهایی فلزی اضافی، که برای هدایت جریان و برای ایجاد استحکام ساختاری استفاده می شوند، در خارج از پشته قرار می گیرند.
هندسه به عنوان یک مونتاژ نهایی می شود و مرز مجموعه در وسط غشاها قرار دارد. این اجازه می دهد تا مش های غیر منطبق در هر طرف مرزهای غشای میانی، و از این رو برای جارو کردن مش در جهت از طریق صفحه.
.
شکل 2: هندسه مدل متشکل از پنج سلول واحد و دو بلوک انتهایی.
این مدل با استفاده از یک پیل سوختی هیدروژنی ، یک انتقال حرارت و یک رابط قانون دارسی تعریف شده است.
پیل سوختی هیدروژن واکنش های الکتروشیمیایی، انتقال بار الکترود و الکترولیت، انتشار فاز گاز و جریان همرفتی و همچنین انتقال آب غشایی را تعریف می کند. برای مقدمه‌ای بر رابط پیل سوختی هیدروژنی، به‌عنوان مثال، به نمونه‌هایی از انتقال جرم و واکنش الکتروشیمیایی در کاتد پیل سوختی و پیل سوختی PEM دمای پایین با میدان سرپانتین مراجعه کنید.
رابط انتقال حرارت ، دمای موجود در پشته را حل می‌کند و از منابع گرمایی محاسبه‌شده توسط رابط پیل سوختی هیدروژنی از طریق گره چندفیزیکی گرمایش الکتروشیمیایی استفاده می‌کند . مثال پیل سوختی PEM غیر گرمایی را نیز ببینید . گرما فقط برای خروج از پشته از طریق خروجی های منیفولد خنک کننده فرض می شود.
رابط اضافی قانون دارسی برای محاسبه مشخصات جریان مایع خنک کننده استفاده می شود که در رابط انتقال حرارت استفاده می شود.
این مدل برای طیفی از ولتاژهای سلول متوسط با استفاده از یک حل کننده ثابت حل شده است.
نتایج و بحث
شکل 3 پتانسیل فاز الکترود در پشته را برای ولتاژ متوسط سلول 0.55 ولت نشان می دهد.
شکل 3: پتانسیل فاز الکترود.
شکل 4 خطوط جریان شار هیدروژن و کسر مولی مربوطه را نشان می دهد. در نتیجه مصرف هیدروژن، کسر مولی به سمت خروجی کاهش می یابد.
به طور مشابه، شکل 5 خطوط جریان اکسیژن و کسر مولی در محفظه گاز هوا را نشان می دهد. اثرات کاهش تا حدودی شدیدتر از سمت هیدروژن است.
شکل 4: شار مولی هیدروژن (روشن) و کسر مولی (افسانه رنگ).
شکل 5: شار مولی اکسیژن (روشن) و کسر مولی (افسانه رنگ).
شکل 6: دما (افسانه رنگ) و خطوط جریان خنک کننده.
شکل 6 خطوط جریان خنک کننده و دمای مربوطه را نشان می دهد. دما به سمت خروجی افزایش می یابد.
شکل 7 دما را در MEA ها نشان می دهد. درجه حرارت به سمت غشاء بالاتر است.
شکل 8 مشخصات دما را در جهت سطح پشته بیشتر توضیح می دهد. در اینجا دما در امتداد یک خط در جهت z رسم می شود، در وسط پشته در جهت x و تقریباً 1 سانتی متر از منیفولد خنک کننده خروجی در جهت y قرار می گیرد . همانطور که مشاهده می شود، پلاریزاسیون پشته منجر به گرادیان دما قابل توجهی در MEA می شود. همچنین دمای پایین‌تری را در سلول‌های اول و آخر مشاهده می‌کنیم، زیرا این سلول‌ها به طور متوسط جریان خنک‌کننده بیشتری نسبت به سلول‌های داخلی دریافت می‌کنند.
شکل 7: دما در MEAs.
شکل 8: دما در امتداد یک خط جهتدار z از طریق پشته، نزدیک به خروجی در نیمی از عرض سلول ها، برای ولتاژهای متوسط سلولی مختلف.
شکل 9: فعالیت آب در الکترودهای انتشار گاز اکسیژن.
در نهایت، شکل 9 فعالیت آب (رطوبت نسبی) در لایه انتشار گاز اکسیژن را نشان می دهد. رطوبت نسبی هم با تولید آب و هم به دما مرتبط است. در نتیجه تولید آب در سلول، به طور کلی انتظار می رود رطوبت نسبی به سمت خروجی بیشتر باشد. با این حال، در همان زمان، دمای بالاتر به سمت خروجی، این امر را خنثی می‌کند و منجر به رفتار پیچیده‌تر می‌شود، که هم بستگی به سیال خنک‌کننده مستقیم و هم به طراحی میدان گاز «Z» دارد.
همچنین توجه داشته باشید که سطح رطوبت به طور کلی در سلول اول و آخر پشته بالاتر است. این به دلیل دمای کمتر در این دو سلول است. این نشان می دهد که این دو سلول در برابر سیلاب شدن آب حساس تر خواهند بود. برای بهبود طراحی پشته می‌توان الگوهای جریان خنک‌کننده را برای کاهش خنک‌سازی سلول‌های اول و انتهایی در نظر گرفت.
مسیر کتابخانه برنامه: Fuel_Cell_and_Electrolyzer_Module/Thermal_Management/stack_cooling
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Electrochemistry>Hydrogen Fuel Cells>Proton Exchange (fc) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت Select Physics ، Fluid Flow> Porous Media and Subsurface Flow> Darcy’s Law (dl) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در درخت انتخاب فیزیک ، انتقال حرارت > رسانه متخلخل> انتقال حرارت در رسانه متخلخل (ht) را انتخاب کنید . |
7 | روی افزودن کلیک کنید . |
8 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
9 | در درخت مطالعه انتخاب ، مطالعات از پیش تعیین شده برای واسط های فیزیک انتخاب شده > پیل سوختی هیدروژنی > ثابت با راه اندازی را انتخاب کنید . |
10 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
دنباله هندسی را از یک فایل درج کنید.
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی Insert Sequence کلیک کنید و Insert Sequence را انتخاب کنید . |
2 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل stack_cooling_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
4 | در پنجره Model Builder ، گره Geometry 1 را جمع کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای هندسه
وقتی دنباله هندسه را وارد کردید، برخی از پارامترها وارد شدند. برخی از پارامترهای اضافی مورد نیاز برای تنظیم فیزیک را از یک فایل متنی بارگیری کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات پارامترها ، هندسه پارامترها را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
پارامترهای فیزیک
1 | در نوار ابزار Home ، روی  پارامترها کلیک کنید و Add>Parameters را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، Physics Parameters را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Parameters را پیدا کنید .  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل stack_cooling_physics_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
حالا چند متریال از Material Libraries اضافه کنید.
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Steel AISI 4340 را انتخاب کنید . |
4 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
5 | در درخت، Built-in>Water, liquid را انتخاب کنید . |
6 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
7 | در درخت، Fuel Cell and Electrolyzer>Polymer Electrolytes>Nafion, EW 1100, Vapor Equilibrated, Protonated را انتخاب کنید . |
8 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
9 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
فولاد AISI 4340 (mat1)
موادی را که اضافه کرده اید به قسمت های مختلف هندسه اختصاص دهید.
1 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
2 | از فهرست انتخاب ، جمع‌آوری کنونی و صفحات تغذیه‌کننده را انتخاب کنید . |
آب، مایع (mat2)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Water, liquid (mat2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Cooling Channels and Manifolds را انتخاب کنید . |
Nafion، EW 1100، بخار متعادل، پروتونه (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Nafion، EW 1100، Vapor Equilibrated، Protonated (mat3) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، غشاها را انتخاب کنید . |
پیل سوختی هیدروژنی (FC)
حالا شروع به تعریف فیزیک کنید. زمانی که رابط پیل سوختی شروع می شود.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی پیل سوختی هیدروژنی (fc) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات پیل سوختی هیدروژنی ، قسمت مخلوط گاز H2 را پیدا کنید . |
3 | زیربخش مکانیزم های حمل و نقل را پیدا کنید . کادر بررسی استفاده از قانون دارسی برای انتقال حرکت را انتخاب کنید . |
4 | قسمت O2 Gas Mixture را پیدا کنید . کادر بررسی استفاده از قانون دارسی برای انتقال حرکت را انتخاب کنید . |
5 | کلیک کنید تا قسمت Membrane Transport گسترش یابد . چک باکس Electroosmotic water drag را انتخاب کنید . |
غشاء 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Membrane را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Membrane ، قسمت Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، غشاها را انتخاب کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Membrane 1 را گسترش دهید ، سپس روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی T 0 ، T_in را تایپ کنید . |
جذب- دفع آب H2 Side 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Water Absorption-Desorption، H2 Side 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به جذب- دفع آب ، سمت H2 ، بخش Absorption-Desorption Condition را پیدا کنید . |
3 | از لیست مواد الکترولیت ، Nafion، EW 1100، Vapor Equilibrated، Protonated (mat3) را انتخاب کنید . |
جذب- دفع آب، O2 سمت 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Water Absorption-Desorption، O2 Side 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به جذب- دفع آب ، سمت O2 ، بخش Absorption-Desorption Condition را پیدا کنید . |
3 | از لیست مواد الکترولیت ، Nafion، EW 1100، Vapor Equilibrated، Protonated (mat3) را انتخاب کنید . |
لایه انتشار گاز H2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و H2 Gas Diffusion Layer را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه انتشار گاز H2 ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، هیدروژن GDL را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . در قسمت متن σ s ، sigmas_GDL را تایپ کنید . |
5 | بخش حمل و نقل گاز را پیدا کنید . در قسمت متن ε g ، epsg_GDL را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن κ g ، kappag_GDL را تایپ کنید . |
لایه انتشار گاز O2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و O2 Gas Diffusion Layer را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه انتشار گاز O2 ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Oxygen GDLs را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . در قسمت متن σ s ، sigmas_GDL را تایپ کنید . |
5 | بخش حمل و نقل گاز را پیدا کنید . در قسمت متن ε g ، epsg_GDL را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن κ g ، kappag_GDL را تایپ کنید . |
لایه 2 انتشار گاز H2 (منیفولد)
کانال‌ها و منیفولدهای گاز به‌عنوان حوزه‌های همگن مدل‌سازی می‌شوند، یعنی کانالهای جداگانه در هندسه حل نمی‌شوند. در عوض از نفوذپذیری برای کنترل سرعت جریان و افت فشار استفاده می شود.
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و H2 Gas Diffusion Layer را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به لایه انتشار گاز H2 ، لایه H2 Gas Diffusion Layer 2 (منیفولدها) را در قسمت نوشتاری Label تایپ کنید. |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، منیفولدهای گاز هیدروژن را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . در قسمت متن σ s ، sigma_BPP_eff را تایپ کنید . |
5 | بخش حمل و نقل گاز را پیدا کنید . در قسمت متن ε g ، eps_gas_BPP را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن κ g ، perm_gas_BPP را تایپ کنید . |
O2 Gas Diffusion Layer 2 (منیفولد)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و O2 Gas Diffusion Layer را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات لایه انتشار گاز O2 ، لایه انتشار گاز O2 2 (منیفولدها) را در قسمت نوشتاری Label تایپ کنید. |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، منیفولدهای گاز اکسیژن را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . در قسمت متن σ s ، sigma_BPP_eff را تایپ کنید . |
5 | بخش حمل و نقل گاز را پیدا کنید . در قسمت متن ε g ، eps_gas_BPP را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن κ g ، perm_gas_BPP را تایپ کنید . |
جمع‌آوری فعلی 1 (بلوک‌های انتهایی)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Current Collector را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جمع‌آوری کنونی ، جمع‌آوری کنونی 1 (بلوک‌های انتهایی) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از فهرست انتخاب ، جمع‌آوری کنونی و صفحات تغذیه‌کننده را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . از لیست σ ، از مواد را انتخاب کنید . |
کلکتور جریان (با جریان خنک کننده)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Current Collector را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جمع‌آوری کنونی ، جمع‌آوری جریان (با جریان خنک‌کننده) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، کانال ها و منیفولدهای خنک کننده غیر گازی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . در قسمت متن σ s ، sigma_BPP_eff را تایپ کنید . |
الکترود نازک انتشار گاز H2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Thin H2 Gas Diffusion Electrode را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الکترود نازک انتشار گاز H2 ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، الکترودهای انتشار گاز هیدروژن را انتخاب کنید . |
4 | قسمت ضخامت الکترود را پیدا کنید . در قسمت متنی d gde ، L_CL را تایپ کنید . |
واکنش الکترود انتشار گاز نازک H2 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Thin H2 Gas Diffusion Electrode Reaction 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود انتشار گاز نازک H2 ، بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن i 0,ref ( T ) i0_H2_ref را تایپ کنید . |
4 | قسمت Active Specific Surface Area را پیدا کنید . در قسمت متن a v ، a_CL را تایپ کنید . |
الکترود نازک انتشار گاز O2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Thin O2 Gas Diffusion Electrode را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الکترود نازک انتشار گاز O2 ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، الکترودهای انتشار گاز اکسیژن را انتخاب کنید . |
4 | قسمت ضخامت الکترود را پیدا کنید . در قسمت متنی d gde ، L_CL را تایپ کنید . |
واکنش الکترود انتشار گاز نازک O2 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Thin O2 Gas Diffusion Electrode Reaction 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود انتشار گاز نازک O2 ، بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن i 0,ref ( T ) i0_O2_ref را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن α a ، alphaa_O2 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Active Specific Surface Area را پیدا کنید . در قسمت متن a v ، a_CL را تایپ کنید . |
H2 Gas Diffusion Layer 3 (کانالهای X-directed)
در مورد منیفولدها، کانالهای جریان گاز در صفحات دوقطبی نیز به عنوان حوزه‌های متخلخل همگن مدل‌سازی می‌شوند. با استفاده از نفوذپذیری ناهمسانگرد می توان جهت جریان را کنترل کرد.
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و H2 Gas Diffusion Layer را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به لایه انتشار گاز H2 ، لایه H2 Gas Diffusion Layer 3 (کانال های جهت دار x) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، کانال های گاز هیدروژن ، x-directed را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . در قسمت متن σ s ، sigma_BPP_eff را تایپ کنید . |
5 | بخش حمل و نقل گاز را پیدا کنید . در قسمت متن ε g ، eps_gas_BPP را تایپ کنید . |
6 | از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
7 | در جدول κ g تنظیمات زیر را وارد کنید: |
perm_gas_BPP | 0 | 0 |
0 | 0 | 0 |
0 | 0 | perm_gas_BPP |
H2 Gas Diffusion Layer 4 (کانالهای y-directed)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و H2 Gas Diffusion Layer را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به لایه انتشار گاز H2 ، لایه H2 Gas Diffusion Layer 4 (کانال های y-directed) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، کانال های گاز هیدروژن ، y-directed را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . در قسمت متن σ s ، sigma_BPP_eff را تایپ کنید . |
5 | بخش حمل و نقل گاز را پیدا کنید . در قسمت متن ε g ، eps_gas_BPP را تایپ کنید . |
6 | از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
7 | در جدول κ g تنظیمات زیر را وارد کنید: |
0 | 0 | 0 |
0 | perm_gas_BPP | 0 |
0 | 0 | perm_gas_BPP |
O2 Gas Diffusion Layer 3 (کانالهای X-directed)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و O2 Gas Diffusion Layer را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه انتشار گاز O2 ، لایه انتشار گاز O2 3 (کانال های جهت دار x) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، کانال های گاز اکسیژن ، x-directed را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . در قسمت متن σ s ، sigma_BPP_eff را تایپ کنید . |
5 | بخش حمل و نقل گاز را پیدا کنید . در قسمت متن ε g ، eps_gas_BPP را تایپ کنید . |
6 | از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
7 | در جدول κ g تنظیمات زیر را وارد کنید: |
perm_gas_BPP | 0 | 0 |
0 | 0 | 0 |
0 | 0 | perm_gas_BPP |
O2 Gas Diffusion Layer 4 (کانالهای y-directed)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و O2 Gas Diffusion Layer را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات لایه انتشار گاز O2 ، لایه انتشار گاز O2 4 (کانال های y-directed) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، کانال های گاز اکسیژن ، y-directed را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . در قسمت متن σ s ، sigma_BPP_eff را تایپ کنید . |
5 | بخش حمل و نقل گاز را پیدا کنید . در قسمت متن ε g ، eps_gas_BPP را تایپ کنید . |
6 | از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
7 | در جدول κ g تنظیمات زیر را وارد کنید: |
0 | 0 | 0 |
0 | perm_gas_BPP | 0 |
0 | 0 | perm_gas_BPP |
فاز 1 هدایت الکترونیکی
در پنجره Model Builder ، روی Electronic Conducting Phase 1 کلیک کنید .
زمین برق 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Electric Ground را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای زمین الکتریکی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، برگه تغذیه فعلی را انتخاب کنید . |
فاز 1 هدایت الکترونیکی
در پنجره Model Builder ، روی Electronic Conducting Phase 1 کلیک کنید .
پتانسیل الکتریکی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Electric Potential را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پتانسیل الکتریکی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، برگه جمع‌آوری کنونی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electric Potential را پیدا کنید . در قسمت متن φ s,bnd ، E_stack را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell (fc)>H2 Gas Phase 1 روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مقادیر اولیه ، قسمت ترکیب اولیه را پیدا کنید . |
3 | از لیست مشخصات مخلوط ، مخلوط مرطوب شده را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن T hum ، T_in را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن p A,hum ، 1[atm]+p_in_an را تایپ کنید . |
6 | قسمت فشار اولیه را پیدا کنید . در قسمت متنی p 0 ، p_in_an را تایپ کنید . |
فاز 1 H2 گازی
در پنجره Model Builder ، روی H2 Gas Phase 1 کلیک کنید .
ورودی H2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و H2 Inlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی H2 ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی های هیدروژن را انتخاب کنید . |
فاز 1 H2 گازی
در پنجره Model Builder ، روی H2 Gas Phase 1 کلیک کنید .
خروجی H2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و H2 Outlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای خروجی H2 ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، خروجی های هیدروژن را انتخاب کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell (fc)>O2 Gas Phase 1 روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مقادیر اولیه ، قسمت ترکیب اولیه را پیدا کنید . |
3 | از لیست مشخصات مخلوط ، هوای مرطوب را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن T hum ، T_in را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن p A,hum ، 1[atm]+p_in_cath را تایپ کنید . |
6 | قسمت فشار اولیه را پیدا کنید . در قسمت متن p 0 ، p_in_cath را تایپ کنید . |
فاز 1 گاز O2
در پنجره Model Builder ، روی O2 Gas Phase 1 کلیک کنید .
ورودی O2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و O2 Inlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی O2 ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی های اکسیژن را انتخاب کنید . |
فاز 1 گاز O2
در پنجره Model Builder ، روی O2 Gas Phase 1 کلیک کنید .
خروجی O2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و O2 Outlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای خروجی O2 ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، خروجی های اکسیژن را انتخاب کنید . |
برای بهبود همگرایی، تثبیت را در تمام حوزه های جریان گاز فعال کنید. به طور پیش فرض، تثبیت در GDL و GDE خاموش است.
4 |  روی دکمه Show More Options در نوار ابزار Model Builder کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Show More Options ، در درخت، کادر را برای گره Physics>Stabilization انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره Model Builder ، روی Hydrogen Fuel Cell (fc) کلیک کنید . |
8 | در پنجره تنظیمات برای پیل سوختی هیدروژنی ، روی قسمت Consistent Stabilization کلیک کنید . |
9 | زیربخش مخلوط گاز O2 را پیدا کنید . کادر تیک Add stabilization only to gas flow channels را پاک کنید . |
10 | زیربخش مخلوط گاز H2 را پیدا کنید . کادر تیک Add stabilization only to gas flow channels را پاک کنید . |
پیل سوختی هیدروژنی (FC)
در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell (fc) را جمع کنید .
قانون دارسی (DL)
اکنون رابط قانون دارسی را تنظیم کنید که سرعت و فشار جریان خنک کننده را تعریف می کند.
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش 1 (comp1) روی قانون دارسی (dl) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات قانون دارسی ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Cooling Channels and Manifolds را انتخاب کنید . |
از عناصر خطی برای مطابقت با ترتیب عناصر سایر رابط ها و برای صرفه جویی در حافظه و زمان محاسباتی استفاده کنید.
4 | برای گسترش بخش Discretization کلیک کنید . از لیست فشار ، خطی را انتخاب کنید . |
ماتریس متخلخل 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Darcy’s Law (dl)> Porous Medium 1 روی Porous Matrix 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماتریس متخلخل ، بخش ویژگی های ماتریس را پیدا کنید . |
3 | از لیست ε p ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، eps_l_BPP را تایپ کنید . |
4 | از لیست κ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، perm_cool_BPP را تایپ کنید . |
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی های خنک کننده را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Velocity را پیدا کنید . در قسمت متنی U 0 ، v_cool_in را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Outlet ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Cooling Outlets را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Boundary Condition را پیدا کنید . از لیست شرط مرزی ، فشار را انتخاب کنید . |
5 | در پنجره Model Builder ، گره قانون دارسی (dl) را جمع کنید . |
انتقال حرارت در محیط متخلخل (HT)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی انتقال حرارت در رسانه متخلخل (ht) کلیک کنید .
جامد 1 – غشا
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Solid را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid ، Solid 1 – Membranes را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، غشاها را انتخاب کنید . |
از آنجایی که مدل ثابت است، چگالی و ظرفیت حرارتی نیازی به تعریف ندارد.
4 | بخش ترمودینامیک، جامد را پیدا کنید . از لیست ρ ، User defined را انتخاب کنید . از لیست C p ، User defined را انتخاب کنید . |
جامد 2 – GDL
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Solid را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid ، Solid 2 – GDLs را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، GDLs را انتخاب کنید . |
4 | بخش رسانش گرما ، جامد را پیدا کنید . از فهرست k ، User defined را انتخاب کنید . رسانایی حرارتی لایه‌های انتشار گاز ناهمسانگرد است و رسانایی بالاتری در جهت درون صفحه دارد. |
5 | از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
6 | در جدول k تنظیمات زیر را وارد کنید: |
kappa_GDL_IP | 0 | 0 |
0 | kappa_GDL_IP | 0 |
0 | 0 | kappa_GDL_TP |
7 | بخش ترمودینامیک، جامد را پیدا کنید . از لیست ρ ، User defined را انتخاب کنید . از لیست C p ، User defined را انتخاب کنید . |
جامد 3 – بلوک های انتهایی
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Solid را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid ، Solid 3 – End Blocks را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از فهرست انتخاب ، جمع‌آوری کنونی و صفحات تغذیه‌کننده را انتخاب کنید . |
جامد 4- منیفولدهای گازی
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Solid را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جامد ، Solid 4- Gas Manifolds را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، منیفولدهای گاز را انتخاب کنید . |
4 | بخش رسانش گرما ، جامد را پیدا کنید . از فهرست k ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، kappa_BPP_eff را تایپ کنید . |
5 | بخش ترمودینامیک، جامد را پیدا کنید . از لیست ρ ، User defined را انتخاب کنید . از لیست C p ، User defined را انتخاب کنید . |
متخلخل متوسط 1
انتقال حرارت را به سرعت در کانال های خنک کننده به صورت زیر جفت کنید:
مایع 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Fluid 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، بخش Heat Convection را پیدا کنید . |
3 | از لیست u ، فیلد سرعت دارسی (dl/porous1) را انتخاب کنید . |
ماتریس متخلخل 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Porous Matrix 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماتریس متخلخل ، بخش ویژگی های ماتریس را پیدا کنید . |
3 | از لیست ε p ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، eps_gas_BPP را تایپ کنید . |
4 | بخش ترمودینامیک، ماتریس متخلخل را پیدا کنید . از لیست ρ b ، User defined را انتخاب کنید . بخش هدایت حرارتی ، ماتریس متخلخل را پیدا کنید . از لیست k b ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، kappa_BPP_eff را تایپ کنید . |
5 | بخش ترمودینامیک، ماتریس متخلخل را پیدا کنید . از لیست C p,b ، User defined را انتخاب کنید . |
جریان 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inflow را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی های خنک کننده را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Upstream Properties را پیدا کنید . در قسمت متن T ustr ، T_in را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outflow را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات خروجی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Cooling Outlets را انتخاب کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ، T_in را تایپ کنید . |
4 | در پنجره Model Builder ، گره انتقال حرارت در رسانه متخلخل (ht) را جمع کنید . |
چند فیزیک
منابع حرارتی در رابط پیل سوختی را با انتقال حرارت به صورت زیر جفت کنید. این همچنین دمای تعریف شده توسط انتقال حرارت را به رابط پیل سوختی متصل می کند.
گرمایش الکتروشیمیایی 1 (ech1)
در نوار ابزار Physics ، روی Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Electrochemical Heating را انتخاب کنید .
Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Electrochemical Heating را انتخاب کنید .مش 1
برای این مدل از مش تعریف شده توسط کاربر استفاده کنید. توالی مش بر اساس جارو کردن مش در جهت صفحه پشته است. از آنجایی که مدل به عنوان یک مجموعه در دنباله هندسه نهایی می شود، با جفت های مونتاژی که در وسط غشاها قرار دارند، گره های مش نیازی به تطابق در امتداد این مرزها ندارند.
سایز 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، مرزهای غشایی را انتخاب کنید . |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . روی دکمه Custom کلیک کنید . |
6 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
7 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 2.5e-3 را تایپ کنید . |
جارو 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، غشاها را انتخاب کنید . |
5 | کلیک کنید تا بخش Source Faces گسترش یابد . از لیست انتخاب ، الکترودهای انتشار گاز هیدروژن را انتخاب کنید . |
6 | کلیک کنید تا قسمت Destination Faces گسترش یابد . از لیست انتخاب ، الکترودهای انتشار گاز اکسیژن را انتخاب کنید . |
7 | برای گسترش بخش Sweep Method کلیک کنید . از لیست روش مش‌بندی چهره ، مثلثی (تولید منشور) را انتخاب کنید . |
توزیع 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | در فیلد متنی Number of element ، 2 را تایپ کنید . |
اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Mesh 1 روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از لیست از پیش تعریف شده ، Extremely fine را انتخاب کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
تعاریف
برای تسهیل مشاهده هنگام تنظیم دنباله، یک نمای با مقیاس بندی در جهت z اضافه کنید.
مشاهده 8
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Definitions کلیک راست کرده و View را انتخاب کنید .
دوربین
1 | در پنجره Model Builder ، گره View 8 را گسترش دهید ، سپس روی Camera کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دوربین ، بخش دوربین را پیدا کنید . |
3 | از فهرست نمایش مقیاس ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی در مقیاس z ، 50 را تایپ کنید . |
5 |  روی Update کلیک کنید . |
پنهان کردن برای فیزیک 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی View 8 کلیک راست کرده و Hide for Physics را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پنهان کردن فیزیک ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، جمع‌آوری کنونی و صفحات تغذیه‌کننده را انتخاب کنید . |
مش 1
روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .جارو 2
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Oxygen GDLs را انتخاب کنید . |
توزیع 1
1 | روی Swept 2 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | روی Distribution 1 کلیک راست کرده و Build Selected را انتخاب کنید .  |
جارو 3
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، هیدروژن GDL را انتخاب کنید . |
توزیع 1
1 | روی Swept 3 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | روی Distribution 1 کلیک راست کرده و Build Selected را انتخاب کنید .  |
جارو 4
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Cooling Channels and Manifolds را انتخاب کنید . |
توزیع 1
1 | روی Swept 4 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | در فیلد متنی Number of element ، 2 را تایپ کنید . |
4 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
جارو 5
در نوار ابزار Mesh ، روی Swept کلیک کنید .
Swept کلیک کنید .توزیع 1
1 | روی Swept 5 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | در فیلد متنی Number of element ، 2 را تایپ کنید . |
4 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار پنجره Graphics ،  در کنار  Go to Default View کلیک کنید ، سپس Go to View 1 را انتخاب کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
اکنون شروع به تنظیم دنباله مطالعه کنید.
مطالعه 1
اولین مرحله اولیه‌سازی توزیع جریان اولیه را حل می‌کند، یعنی مجموعه ساده‌شده‌ای از معادلات پیل سوختی، بدون پتانسیل فعال‌سازی یا تمرکز.
یک مرحله راه‌اندازی دوم را اضافه کنید که توزیع جریان ثانویه را حل می‌کند، که شامل فعال‌سازی می‌شود، اما پتانسیل‌های اضافی تمرکز ندارد. مرحله دوم از نتایج مرحله اول به عنوان مقادیر اولیه برای متغیرهای وابسته استفاده می کند.
راه اندازی توزیع فعلی 2
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Other>Current Distribution Initialization را انتخاب کنید . |
2 | روی Study 1>Step 3: Current Distribution Initialization 2 کلیک راست کرده و Move Up را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای راه‌اندازی توزیع فعلی ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع توزیع فعلی ، ثانویه را انتخاب کنید . |
مرحله 3: ثابت
مرحله سوم که ما فقط برای حل فشار در رابط پیل سوختی استفاده خواهیم کرد. اینکه ما فقط برای فشارها حل می کنیم بعداً انجام می شود.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Step 3: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
رابط فیزیک | حل کنید برای | فرم معادله |
پیل سوختی هیدروژنی (fc) | √ | اتوماتیک (ایستا) |
قانون دارسی (dl) | اتوماتیک (ایستا) | |
انتقال حرارت در محیط متخلخل (ht) | اتوماتیک (ایستا) |
ثابت 2
مرحله چهارم را اضافه کنید تا فقط برای جریان خنک کننده همرفتی حل شود (قانون دارسی).
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
رابط فیزیک | حل کنید برای | فرم معادله |
پیل سوختی هیدروژنی (fc) | اتوماتیک (ایستا) | |
قانون دارسی (dl) | √ | اتوماتیک (ایستا) |
انتقال حرارت در محیط متخلخل (ht) | اتوماتیک (ایستا) |
ثابت 3
مرحله پنجم را اضافه کنید که از آن برای محاسبه راه حل نهایی برای طیف وسیعی از پتانسیل ها استفاده می کنیم. ما فرض می کنیم که جریان خنک کننده همرفتی (قانون دارسی) تحت تأثیر دما قرار نمی گیرد و از این رو در این مرحله نیازی به حل آن نیست.
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
رابط فیزیک | حل کنید برای | فرم معادله |
پیل سوختی هیدروژنی (fc) | √ | اتوماتیک (ایستا) |
قانون دارسی (dl) | اتوماتیک (ایستا) | |
انتقال حرارت در محیط متخلخل (ht) | √ | اتوماتیک (ایستا) |
4 | برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
5 |  روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
E_cell_avg (متوسط ولتاژ سلول) | V |
7 |  روی Range کلیک کنید . |
8 | در کادر محاوره‌ای Range ، E_cell_avg_start را در قسمت متن شروع تایپ کنید . |
9 | در قسمت متن Step ، -0.1 را تایپ کنید . |
10 | در قسمت متن توقف ، 0.55 را تایپ کنید . |
11 | روی Replace کلیک کنید . |
راه حل 1 (sol1)
مرحله سوم را برای حل فقط فشارهای پیل سوختی به صورت زیر تنظیم کنید:
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید ، سپس روی Dependent Variables 3 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای متغیرهای وابسته ، بخش عمومی را بیابید . |
4 | از لیست مرحله تعریف شده توسط مطالعه ، User defined را انتخاب کنید . |
5 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)> Dependent Variables 3 را گسترش دهید ، سپس روی Chemical Potential (comp1.fc.mu0) کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
7 | تیک حل برای این فیلد را پاک کنید . |
8 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)> Dependent Variables 3 روی Electrolyte effect (comp1.fc.phil) کلیک کنید . |
9 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
10 | تیک حل برای این فیلد را پاک کنید . |
11 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)> Dependent Variables 3 روی پتانسیل الکتریکی (comp1.fc.phis) کلیک کنید . |
12 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
13 | تیک حل برای این فیلد را پاک کنید . |
14 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)> Dependent Variables 3 روی کسر جرمی (comp1.fc.wH2O_H2) کلیک کنید . |
15 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
16 | تیک حل برای این فیلد را پاک کنید . |
17 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)> Dependent Variables 3 روی کسر جرمی (comp1.fc.wH2O_O2) کلیک کنید . |
18 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
19 | تیک حل برای این فیلد را پاک کنید . |
20 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)> Dependent Variables 3 روی Mass fraction (comp1.fc.wN2_O2) کلیک کنید . |
21 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
22 | تیک حل برای این فیلد را پاک کنید . |
23 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
پتانسیل الکترود با توجه به زمین (fc)
ارقام بخش نتایج و بحث را به صورت زیر تولید کنید:
1 | در پنجره Model Builder ، گره Electrode Potential with Respect to Ground (fc) را گسترش دهید . |
فلش جلد 1، چند تکه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Electrode Potential with Respect to Ground (fc) ، روی Ctrl کلیک کنید تا Multislice 1 و Arrow Volume 1 را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Disable را انتخاب کنید . |
پتانسیل الکترود با توجه به زمین (fc)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electrode Potential with Respect to Ground (fc) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
سطح 1
1 | روی Electrode Potential with Respect to Ground (fc) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell>fc.phis – Electric Potential – V را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار الکترود پتانسیل با توجه به زمین (fc) ، روی  Plot کلیک کنید . |
پتانسیل الکترولیت (fc)
در پنجره Model Builder ، گره Results>Electrolyte Potential (fc) را گسترش دهید .
فلش جلد 1، چند تکه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Electrolyte Potential (fc) ، روی Ctrl کلیک کنید تا Multislice 1 و Arrow Volume 1 را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Disable را انتخاب کنید . |
ساده 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Mole Fraction، H2، Streamline (fc) را گسترش دهید . |
2 | روی Streamline 1 کلیک راست کرده و Disable را انتخاب کنید . |
کسر مول، H2، ساده (fc)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mole Fraction، H2، Streamline (fc) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
ساده سازی چند تکه 1
1 | در نوار ابزار Mole Fraction، H2، Streamline (fc) ، روی  More Plots کلیک کنید و Streamline Multislice را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline Multislice ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell>Species H2>fc.tfluxH2x,…,fc.tfluxH2z – Total Flux را انتخاب کنید . |
3 | بخش Multiplane Data را پیدا کنید . زیربخش X-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
4 | زیربخش Y-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
5 | زیربخش Z-planes را پیدا کنید . از لیست روش ورود ، Coordinates را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن مختصات ، محدوده (D_cc+D_bpp*0.75,D_cell,D_cc+D_bpp*0.75+N_cells*D_cell) را تایپ کنید . |
7 | بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . از لیست موقعیت یابی ، چگالی یکنواخت را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متنی Separating distance ، 0.1 را تایپ کنید . |
9 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Point style را پیدا کنید . از لیست نوع ، پیکان را انتخاب کنید . |
10 | از فهرست توزیع پیکان ، زمان معکوس برابر را انتخاب کنید . |
11 | از لیست طول پیکان ، متناسب را انتخاب کنید . |
بیان رنگ 1
1 | روی Streamline Multislice 1 کلیک راست کرده و Color Expression را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell>Species H2>fc.xH2 – Mole fraction را انتخاب کنید . |
3 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، خودکار را انتخاب کنید . |
ساده سازی چند تکه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Streamline Multislice 1 کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار Mole Fraction، H2، Streamline (fc) ، روی  Plot کلیک کنید . |
ساده 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Mole Fraction، O2، Streamline (fc) را گسترش دهید . |
2 | روی Streamline 1 کلیک راست کرده و Disable را انتخاب کنید . |
کسر مول، O2، ساده (fc)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mole Fraction، O2، Streamline (fc) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
ساده سازی چند تکه 1
1 | در نوار ابزار Mole Fraction، O2، Streamline (fc) ، روی  More Plots کلیک کنید و Streamline Multislice را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline Multislice ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell>Species O2>fc.tfluxO2x,…,fc.tfluxO2z – Total Flux را انتخاب کنید . |
3 | بخش Multiplane Data را پیدا کنید . زیربخش Z-planes را پیدا کنید . از لیست روش ورود ، Coordinates را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن مختصات ، محدوده (D_cc+D_bpp/2+D_cell-D_bpp*0.25,D_cell,D_stack-D_bpp*0.75-D_cc) را تایپ کنید . |
5 | بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . از لیست موقعیت یابی ، چگالی یکنواخت را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متنی Separating distance ، 0.1 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Point style را پیدا کنید . از لیست نوع ، پیکان را انتخاب کنید . |
8 | از فهرست توزیع پیکان ، زمان معکوس برابر را انتخاب کنید . |
9 | از لیست طول پیکان ، متناسب را انتخاب کنید . |
10 | در نوار ابزار Mole Fraction، O2، Streamline (fc) ، روی  Plot کلیک کنید . |
بیان رنگ 1
1 | روی Streamline Multislice 1 کلیک راست کرده و Color Expression را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell>Species O2>fc.xO2 – Mole fraction را انتخاب کنید . |
3 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، خودکار را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Mole Fraction، O2، Streamline (fc) ، روی  Plot کلیک کنید . |
چند برش 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Water Activity (Relative Humidity) (fc) را گسترش دهید . |
2 | روی Multislice 1 کلیک راست کرده و Disable را انتخاب کنید . |
فعالیت آب در اکسیژن GDEs
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Water Activity (Relative Humidity) (fc) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، در قسمت نوشتار برچسب ، Activity Water در GDE های اکسیژن را تایپ کنید . |
3 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | روی Water Activity در Oxygen GDE کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell>fc.aw – Water Activity (رطوبت نسبی ) را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، الکترودهای انتشار گاز اکسیژن را انتخاب کنید . |
فعالیت آب در اکسیژن GDEs
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی Water Activity در Oxygen GDEs کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
4 | در نوار ابزار Water Activity in Oxygen GDEs ، روی  Plot کلیک کنید . |
دما بر حسب MEA
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، دما را در MEAs در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
سطح 1
1 | روی Temperature در MEAs کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Porous Media>Temperature>T – Temperature – K را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>HeatCameraLight را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، GDLs را انتخاب کنید . |
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Temperature in MEAs روی Surface 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش Inherit Style کلیک کنید . از لیست Plot ، Surface 1 را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Surface 2 را گسترش دهید ، سپس روی Selection 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، غشاها را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار دما در MEAs ، روی  Plot کلیک کنید . |
دما در کانال های خنک کننده
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، دما در کانال های خنک کننده را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
5 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . تیک Show units را انتخاب کنید . |
ساده سازی چند تکه 1
1 | در نوار ابزار Temperature in Cooling Channels ، روی  More Plots کلیک کنید و گزینه Streamline Multislice را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline Multislice ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Darcy’s Law>Velocity and Press>dl.u,dl.v,dl.w – فیلد سرعت دارسی را انتخاب کنید . |
3 | بخش Multiplane Data را پیدا کنید . زیربخش X-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
4 | زیربخش Y-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
5 | زیربخش Z-planes را پیدا کنید . از لیست روش ورود ، Coordinates را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن مختصات ، محدوده (D_cc+D_bpp*0.5,D_cell,D_cc+D_bpp*0.5+N_cells*D_cell) را تایپ کنید . |
7 | بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . از لیست موقعیت یابی ، چگالی یکنواخت را انتخاب کنید . |
8 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Point style را پیدا کنید . از لیست نوع ، پیکان را انتخاب کنید . |
9 | از فهرست توزیع پیکان ، زمان معکوس برابر را انتخاب کنید . |
بیان رنگ 1
1 | روی Streamline Multislice 1 کلیک راست کرده و Color Expression را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Porous Media>Temperature>T – Temperature – K را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>HeatCameraLight را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید .  |
Cut Line 3D 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، بر روی  Cut Line 3D کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Cut Line 3D ، بخش Line Data را پیدا کنید . |
3 | در ردیف 1 ، X را روی W_plate/2 قرار دهید . |
4 | در ردیف 1 ، Y را روی 0.95*L_plate تنظیم کنید . |
5 | در ردیف 1 ، Z را روی D_cc تنظیم کنید . |
6 | در ردیف 2 ، X را روی W_plate/2 قرار دهید . |
7 | در ردیف 2 ، Y را روی 0.95*L_plate تنظیم کنید . |
8 | در ردیف 2 ، Z را روی D_cc+D_cell*N_cells+D_bpp قرار دهید . |
دمای میان پشته به سمت خروجی های خنک کننده
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  1D Plot Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، دمای میانی پشته به سمت خروجی های خنک کننده را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
روی Mid-Stack Temperature Towards Cooling Outlets کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید .
دمای میان پشته به سمت خروجی های خنک کننده
قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Cut Line 3D 1 را انتخاب کنید .
نمودار خطی 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Line Graph 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Porous Media>Temperature>T – Temperature – K را انتخاب کنید . |
3 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
4 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت Expression text، z را تایپ کنید . |
6 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
7 | در نوار ابزار Mid-Stack Temperature Towards Cooling Outlets ، روی  Plot کلیک کنید . |
