 |
پیل سوختی PEM دمای پایین با میدان جریان سرپانتین
معرفی
مدیریت آب برای عملکرد پیل سوختی الکترولیت پلیمری در دمای پایین (PEMFC) بسیار مهم است. آب در سمت هوا (کاتد) در واکنش کاهش اکسیژن تولید می شود، اما ممکن است از طریق غشاء به هیدروژن (سمت آند) نفوذ کند. کارکردن سلول در شرایط خیلی مرطوب ممکن است منجر به محدودیت های انتقال جرم گازها به دلیل سیل آب مایع در منافذ شود، در حالی که کارکرد سلول در شرایط خیلی خشک ممکن است به دلیل رسانایی اهمی پایین در آینومر (الکترولیت پلیمری) منجر به عملکرد ضعیف شود. ) در لایه های غشایی و کاتالیزوری استفاده می شود.
این آموزش توزیع جریان را در یک PEMFC دمای پایین در هنگام استفاده از الگوهای میدان جریان سرپانتین، در ترکیب با عملکرد سلول در حالت ضد جریان به‌گونه‌ای که جریانهای جریان ورودی اکسیژن و هیدروژن در دو طرف مقابل (در جهت درون صفحه) قرار دارند، بررسی می‌کند. از غشاء) سلول. از ترکیبات گاز ورودی نسبتاً خشک استفاده می شود تا سلول برای دستیابی به عملکرد خوب به خود مرطوب سازی متکی باشد.
برای تجزیه و تحلیل دقیق‌تر و بحث درباره پدیده‌های حمل و نقل محلی مجموعه غشای سلول سوختی-الکترود (MEA)، همچنین به آموزش پدیده حمل و نقل در غشاء سلول سوختی الکترولیت پلیمری-مجموعه الکترود مراجعه کنید.
تعریف مدل
شکل 1 هندسه مدل را نشان می دهد. MEA بین لایه‌های انتشار گاز آند و کاتد و کانال‌های میدان جریان با محل ورودی‌های جریان گاز همانطور که در شکل نشان داده شده است قرار می‌گیرد.
شکل 1: هندسه مدل. MEA پیل سوختی بین دو لایه انتشار گاز و کانال‌های جریان سرپانتین هیدروژن و اکسیژن قرار می‌گیرد. سمت هوا در بالای MEA، سمت هیدروژن در زیر MEA قرار دارد. موقعیت های ورودی گاز در شکل نشان داده شده است.
این مدل برای تعادل بار (پتانسیل الکترود و فاز الکترولیت) در لایه‌های انتشار گاز و غشاء، و همچنین انتقال جرم (کسری‌های مولی) و انتقال تکانه (فشار و سرعت) در فاز گاز در هر طرف حل می‌کند. از غشاء حمل و نقل غشایی آب، به دلیل انتشار (نفوذ) و مهاجرت (کشش الکترواسموتیک) نیز در مدل گنجانده شده است.
دمای سلول 70 درجه سانتیگراد با رطوبت نسبی یا جریانهای ورودی هیدروژن و هوا به ترتیب تا 25 و 75 درصد مرطوب شده است. نرخ جریان مولی هیدروژن و اکسیژن متناسب با جریان کل تنظیم شده است، با 20٪ مازاد هیدروژن و 150٪ اکسیژن اضافی (یعنی با استفاده از استوکیومتری جریان هیدروژن و اکسیژن به ترتیب 1.2 و 2.5). .
این مدل با استفاده از رابط پیل سوختی هیدروژنی تعریف شده و با استفاده از یک جارو کمکی حل شده است، که چگالی جریان سلول را از 0.01 به 1 A/cm2 افزایش می دهد . برای جزئیات بیشتر در مورد تنظیم مدل، به یادداشت‌های مربوط به پیاده‌سازی COMSOL و دستورالعمل‌های مدل‌سازی در زیر، و پدیده‌های حمل‌ونقل در غشای سلول سوختی الکترولیت پلیمری-مجموعه الکترود را ببینید .
نتایج و بحث
شکل 2 منحنی قطبش سلول را نشان می دهد.
شکل 2: نمودار قطبش.
شکل 3 و شکل 4 خطوط جریان هیدروژن و اکسیژن و کسرهای مولی مربوطه را برای چگالی جریان 1 A/cm2 نشان می دهد . کسر مولی به سمت خروجی ها کاهش می یابد.
شکل 3: جریان کل شار هیدروژن و کسر مولی.
شکل 4: جریان کل شار اکسیژن و کسرهای مولی.
شکل 5 فعالیت آب (که برابر با رطوبت نسبی در فاز گاز است) در کانال ها و در غشا را در 1 A/cm2 نشان می دهد . برای هر دو جریان گاز، فعالیت آب به سمت خروجی افزایش می یابد. از طرف اکسیژن، افزایش فعالیت آب اثر مستقیم آب تولید شده در سلول است. در سمت هیدروژن، افزایش فعالیت آب عمدتاً به کاهش هیدروژن مربوط می شود، یعنی کسر آب (در رطوبت نسبی 25٪ در ورودی) جریان گاز با مصرف هیدروژن افزایش می یابد، اما همچنین به انتقال غشای آب افزایش می یابد. بین دو محفظه گاز
شکل 5: سمت چپ: رطوبت نسبی در کانال ها. سمت راست: فعالیت آب در غشا.
شکل 6 هدایت الکترولیت و چگالی جریان الکترولیت را در جهت z در غشاء نشان می دهد. رسانایی به فعالیت آب بستگی دارد که بر توزیع چگالی جریان در سلول تأثیر می‌گذارد، با چگالی جریان به طور کلی در مناطق رسانایی کم. با این حال، توزیع چگالی جریان نیز به شدت به سطوح اکسیژن مرتبط است، و چگالی جریان را در مناطقی که کمتر به اکسیژن دسترسی دارند کاهش می‌دهد.
شکل 6: سمت چپ: هدایت الکترولیت در غشا. راست: چگالی جریان الکترولیت در جهت z.
در نهایت، شکل 7 شار آب غشا را در جهت z نشان می دهد . نزدیک به ورودی/خروجی اکسیژن، جایی که سمت هیدروژن نسبت به سمت اکسیژن مرطوب تر است، شار مثبت است، که نشان می دهد آب از هیدروژن به سمت اکسیژن منتقل می شود. نزدیک به ورودی اکسیژن/خروجی هیدروژن، آب در جهت منفی z از طریق غشاء منتقل می شود.
شکل 7: شار آب در جهت z غشا.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
هندسه با استفاده از یک اسمبلی در گره اتحادیه نهایی دنباله هندسه تعریف می شود. این یک هندسه متشکل از دو بخش با یک جفت مرز مشترک در وسط غشاء ایجاد می کند. به این ترتیب می توان از مش های غیر منطبق در هر طرف غشاء استفاده کرد. یک جفت هویت تعریف شده به صورت خودکار و یک گره مرزی Continuity شرایط مرزی مورد نیاز را در جفت مرزی بین قطعات مونتاژ تنظیم می کنند.
الکترودهای انتشار گاز MEA به صراحت در هندسه گنجانده نشده اند و در عوض به عنوان گره های مرزی الکترودهای انتشار گاز نازک در هنگام تعریف فیزیک تعریف می شوند. این باعث صرفه جویی در حافظه می شود زیرا الکترودهای انتشار گاز نیازی به مش بندی ندارند.
لایه‌های انتشار گاز از رسانایی‌های الکترونیکی ناهمسانگرد استفاده می‌کنند، که دارای رسانایی با قدری بالاتر در جهت‌های درون صفحه ( x و y ) در مقایسه با جهت ( z ) از طریق صفحه هستند.
برای صرفه‌جویی در زمان محاسباتی، از قانون دارسی برای حل جریان در کانال‌های جریان و همچنین در لایه‌های انتشار گاز استفاده می‌شود. در کانال ها، با در نظر گرفتن سطح مقطع مستطیلی ثابت، نفوذپذیری بر اساس عبارت Boussinesq ( مراجعه 1 ) که در اصل برای کانال های مستقیم مشتق شده بود، به دست آمد. برای چگونگی تعریف جریان با استفاده از معادلات ناویر-استوکس و برینکمن به آموزش الکترولیز اکسید جامد مراجعه کنید .
دنباله مطالعه در سه مرحله تنظیم می شود: مرحله اول متغیرهای پتانسیل ترکیب اولیه گاز را حل می کند، مرحله دوم توزیع سرعت را با محاسبه متغیرهای فشار حل می کند، مرحله سوم مشکل کامل را حل می کند، افزایش جریان با استفاده از یک جارو کمکی
حلگر مستقیم پیش‌فرض با فعال کردن حل‌کننده چندشبکه‌ای تکراری در مرحله مطالعه 3 غیرفعال می‌شود. این امر حافظه مورد نیاز برای حل مدل را کاهش می‌دهد.
هندسه کاملاً پارامتری شده است. در دستورالعمل های مدل سازی، یک نسخه کوچکتر از هندسه ابتدا قبل از حل هندسه کامل حل می شود.
ارجاع
1. J. Boussinesq، “حافظه بر تاثیر اصطکاک در حرکت منظم سیالات”، J. Math. Pure Appl. ، پرواز. 13، شماره 2، ص. 377-424، 1868.
مسیر کتابخانه برنامه: Fuel_Cell_and_Electrolyzer_Module/Fuel_Cells/pemfc_serpentine_flow_field
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 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت Select Study ، Preset Studies for Selected Physics Interfaces>Stationary with Initialization را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
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 pemfc_serpentine_flow_field_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای هندسه
هندسه کاملاً پارامتری شده است. یک نسخه کوچکتر از هندسه ایجاد کنید تا در هنگام تنظیم فیزیک از آن استفاده 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 . |
3 | قسمت Parameters را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
W_plate_min | 10[mm] | 0.01 متر | حداقل عرض صفحه |
N_ch | 1 | 1 | تعداد کانال ها |
N_repeat | 1 | 1 | تعداد واحدهای تکرار شونده |
هندسه 1
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Geometry 1 را جمع کنید . |
3 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
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 pemfc_serpentine_flow_field_physics_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
استوکیومتری هیدروژن (سرعت جریان ورودی) و رطوبت نسبی ورودی را تغییر دهید. این کار حل هندسه کوچکتر را آسان تر می کند. بعداً قبل از اینکه مدل کامل را حل کنید، به عقب برگردید و این تغییرات را برگردانید.
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
stoich_H2 | 3 | 3 | استوکیومتری جریان هیدروژن |
RH_an | 50[%] | 0.5 | رطوبت نسبی ورودی، سمت آند |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Fuel Cell and Electrolyzer>Polymer Electrolytes>Nafion, EW 1100, Vapor Equilibrated, Protonated را انتخاب کنید . |
4 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
پیل سوختی هیدروژنی (FC)
1 | در پنجره تنظیمات پیل سوختی هیدروژنی ، قسمت مخلوط گاز H2 را پیدا کنید . |
2 | زیربخش مکانیزم های حمل و نقل را پیدا کنید . کادر بررسی استفاده از قانون دارسی برای انتقال حرکت را انتخاب کنید . |
3 | قسمت O2 Gas Mixture را پیدا کنید . کادر بررسی استفاده از قانون دارسی برای انتقال حرکت را انتخاب کنید . |
غشاء 1
روی Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell (fc) کلیک راست کرده و Membrane را انتخاب کنید .
پیل سوختی هیدروژنی (FC)
غشاء 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Geometry 1 را گسترش دهید ، سپس روی Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell (fc)>Membrane 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Membrane ، قسمت Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید . |
هندسه 1
در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Geometry 1 را جمع کنید .
پیل سوختی هیدروژنی (FC)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی پیل سوختی هیدروژنی (fc) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پیل سوختی هیدروژنی ، برای گسترش بخش حمل و نقل غشایی ، کلیک کنید . |
3 | چک باکس Electroosmotic water drag را انتخاب کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell (fc)>Membrane 1 روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت نوشتاری w,0، ( RH_cath +RH_an)/2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن T 0 ، T_hum 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 (mat1) 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 (mat1) 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 ، H2 GDL را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
GDLها دارای ناهمسانگردی با توجه به رسانایی الکترون هستند. مقادیر اول، دوم و سوم روی قطر به ترتیب به رسانایی در جهت های x ، y و z اشاره دارد .
5 | در جدول σ s تنظیمات زیر را وارد کنید: |
sigmas_GDL_IP | 0 | 0 |
0 | sigmas_GDL_IP | 0 |
0 | 0 | sigmas_GDL_TP |
6 | بخش حمل و نقل گاز را پیدا کنید . در قسمت متن ε g ، epsg_GDL را تایپ کنید . |
7 | 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 ، O2 GDL را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
5 | در جدول σ s تنظیمات زیر را وارد کنید: |
sigmas_GDL_TP | 0 | 0 |
0 | sigmas_GDL_TP | 0 |
0 | 0 | sigmas_GDL_IP |
6 | بخش حمل و نقل گاز را پیدا کنید . در قسمت متن ε g ، epsg_GDL را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن κ g ، kappag_GDL را تایپ کنید . |
کانال 1 جریان گاز H2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و کانال جریان گاز H2 را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای کانال جریان گاز H2 ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، کانال های H2 را انتخاب کنید . |
4 | بخش حمل و نقل گاز را پیدا کنید . از لیست، کانال های مستقیم را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن H ، H_ch را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن W ، W_ch را تایپ کنید . |
کانال 1 جریان گاز O2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و کانال جریان گاز O2 را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای کانال جریان گاز O2 ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، کانال های O2 را انتخاب کنید . |
4 | بخش حمل و نقل گاز را پیدا کنید . از لیست، کانال های مستقیم را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن H ، H_ch را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن W ، W_ch 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 ، H2 GDE 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 ، O2 GDE 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 ، 3 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Active Specific Surface Area را پیدا کنید . در قسمت متن a v ، a_CL را تایپ کنید . |
فاز 1 هدایت الکترونیکی
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell (fc) روی Electronic Conducting Phase 1 کلیک کنید .
مقادیر اولیه، دامنه های O2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و مقادیر اولیه ، O2 Domains را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، دامنه های O2 ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
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 ، H2 Current Collector را انتخاب کنید . |
فاز 1 هدایت الکترونیکی
در پنجره Model Builder ، روی Electronic Conducting Phase 1 کلیک کنید .
جریان الکترود 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  ویژگی ها کلیک کنید و جریان الکترود را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان الکترود ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، O2 Current Collector را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Current را پیدا کنید . در قسمت I s,total text، -I_tot 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 | در قسمت متن x 0,H2O ، x_H2O_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 H2 را انتخاب کنید . |
نرخ جریان جرمی را مشخص کنید تا جریان گاز ورودی متناسب با جریان سلول باشد.
4 | قسمت Mixture Specification را پیدا کنید . از لیست، نرخ جریان جرمی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت نوشتاری J 0,H2O ، m_H2O_an را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متنی ω 0,bnd,H2O ، w_H2O_an را تایپ کنید . |
7 | قسمت Flow Boundary Condition را پیدا کنید . از لیست، نرخ جریان جرمی کل را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت نوشتاری J 0 ، m_an را تایپ 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 ، H2 Outlets 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 | در قسمت متن x 0,H2O ، x_H2O_cath را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متنی x 0,N2 ، x_N2_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 O2 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Mixture Specification را پیدا کنید . از لیست، نرخ جریان جرمی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت نوشتاری J 0,H2O m_H2O_cath را تایپ کنید . |
6 | در قسمت نوشتاری J 0,N2 ، m_N2 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متنی ω 0,bnd,H2O ، w_H2O_cath را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متنی ω 0,bnd,N2 ، w_N2 را تایپ کنید . |
9 | قسمت Flow Boundary Condition را پیدا کنید . از لیست، نرخ جریان جرمی کل را انتخاب کنید . |
10 | در قسمت نوشتاری J 0 ، m_cath را تایپ 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 ، O2 Outlets را انتخاب کنید . |
تعاریف جهانی
ورودی های مدل پیش فرض
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions، روی Default Model Inputs کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی های مدل پیش فرض ، بخش Browse Model Inputs را پیدا کنید . |
3 | در درخت، General>Temperature (K) – minput.T را انتخاب کنید . |
4 | زیربخش عبارت برای انتخاب باقیمانده را پیدا کنید . در قسمت متن دما ، T را تایپ کنید . |
مش 1
یک مش تعریف شده توسط کاربر برای این مدل مورد نیاز است. برای کاهش تعداد کل عناصر مش، از شبکه های نگاشت شده و جارو شده استفاده کنید.
با تنظیم آخرین گره Union در دنباله هندسه روی اسمبلی ، گره های مش باید در امتداد مرزهای جفت بین دو قسمت مجموعه در مرکز غشاء مطابقت داشته باشند. به این ترتیب می توان از مش های مختلف جارو شده در هر طرف غشا استفاده کرد.
نقشه برداری 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Boundary کلیک کنید و Mapped را انتخاب کنید .
Boundary کلیک کنید و Mapped را انتخاب کنید .اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، کلیک کنید تا بخش پارامترهای اندازه عنصر گسترش یابد . |
3 | در قسمت متن حداکثر اندازه عنصر ، W_ch/2 را تایپ کنید . |
نقشه برداری 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mapped 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mapped ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، Channel Mesh Sweep Faces را انتخاب کنید . |
توزیع 1
1 | روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، قسمت Edge Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه لبه ها را انتخاب کنید . |
4 | بخش توزیع را پیدا کنید . از لیست نوع توزیع ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید . |
5 | در فیلد متنی Number of elements ، 4 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن نسبت عنصر ، 2 را تایپ کنید . |
7 | چک باکس توزیع متقارن را انتخاب 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 فهرست انتخاب ، دامنه‌های شبکه Sweep Channel را انتخاب کنید . |
سایز 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
5 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، W_ch/1.1 را تایپ کنید . |
6 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
نقشه برداری 2
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Mapped را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mapped ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مرزهای گردآورنده جریان مش نقشه برداری شده را انتخاب کنید . |
4 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
مثلثی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Free Triangular را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Triangular ، بخش Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، مرزهای گردآورنده جریان مش مثلثی را انتخاب کنید . |
4 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
لایه های مرزی 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary Layers کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه های مرزی ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، مجموعه‌های فعلی را انتخاب کنید . |
ویژگی های لایه مرزی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Boundary Layer Properties کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای خصوصیات لایه مرزی ، قسمت Edge Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، کانال ها را انتخاب کنید . |
4 | قسمت لایه ها را پیدا کنید . در قسمت متنی Number of layers عدد 2 را تایپ کنید . |
5 | از لیست مشخصات ضخامت ، اولین لایه را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت Thickness text W_rib/10 را تایپ کنید . |
7 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
چهار وجهی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Free Tetrahedral کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Tetrahedral ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، دامنه‌های شبکه Tet Mesh را انتخاب کنید . |
سایز 1
1 | روی Free Tetrahedral 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
5 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، W_ch/2.1 را تایپ کنید . |
6 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
جارو 2
در نوار ابزار Mesh ، روی Swept کلیک کنید .
Swept کلیک کنید .توزیع 1
1 | روی Swept 2 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، GDL را انتخاب کنید . |
4 | بخش توزیع را پیدا کنید . در فیلد متنی Number of elements ، 4 را تایپ کنید . |
توزیع 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Swept 2 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید . |
4 | بخش توزیع را پیدا کنید . در فیلد متنی Number of elements ، 4 را تایپ کنید . |
5 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، گره Mesh 1 را جمع کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: راه اندازی توزیع فعلی
نوع توزیع فعلی را به اضافه پتانسیل های فعال سازی (ثانویه) تغییر دهید. این باعث می شود مقادیر اولیه برای مراحل مطالعه بعدی دقیق تر شود.
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی مرحله 1: راه‌اندازی توزیع فعلی کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای راه‌اندازی توزیع فعلی ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع توزیع فعلی ، ثانویه را انتخاب کنید . |
ثابت – فقط فشار
1 | در پنجره Model Builder ، روی Step 2: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، Stationary – Pressures Only را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
یک مرحله مطالعه سوم ایجاد کنید که کل مشکل را برای طیفی از چگالی جریان ها حل کند.
ثابت – تمام فیزیک
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، Stationary – All Physics را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
4 |  روی افزودن کلیک کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
I_avg (میانگین چگالی جریان سلول) | محدوده I_avg_init (I_avg_final/10, I_avg_final/10, I_avg_final) | A/cm^2 |
حل کننده پیش فرض را ایجاد کنید و تغییرات دستی ایجاد کنید.
راه حل 1 (sol1)
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 2 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 . |
مرحله دوم مطالعه فقط باید برای متغیرهای فشار حل شود.
5 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Dependent Variables 2 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 2 روی Electrolyte potancial (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 2 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 2 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 2 بر 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 2 روی کسر جرمی (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 پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)> Dependent Variables 2 ، روی Electric Potential on Boundary (comp1.fc.ecph1.ec1.phis0) کلیک کنید . |
24 | در پنجره تنظیمات برای حالت ، بخش عمومی را بیابید . |
25 | چک باکس Solve for this state را پاک کنید . |
26 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)> Dependent Variables 2 بر روی کسر جرمی مرزی (comp1.fc.h2gasph1.h2in1.wbndH2O) کلیک کنید . |
27 | در پنجره تنظیمات برای حالت ، بخش عمومی را بیابید . |
28 | چک باکس Solve for this state را پاک کنید . |
29 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)> Dependent Variables 2 بر روی کسر جرمی مرزی (comp1.fc.o2gasph1.o2in1.wbndH2O) کلیک کنید . |
30 | در پنجره تنظیمات برای حالت ، بخش عمومی را بیابید . |
31 | چک باکس Solve for this state را پاک کنید . |
32 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)> Dependent Variables 2 بر روی کسر جرمی مرزی (comp1.fc.o2gasph1.o2in1.wbndN2) کلیک کنید . |
33 | در پنجره تنظیمات برای حالت ، بخش عمومی را بیابید . |
34 | چک باکس Solve for this state را پاک کنید . |
تمام گره های اصلاح شده با یک * کوچک در نماد مربوطه در درخت مدل مشخص شده اند. همه زیرگره‌های زیر گره Dependent Variables 2 را بررسی کنید و مطمئن شوید که همه متغیرهای بدون فشار با علامت (*) مشخص شده‌اند و هر 4 متغیر فشار بدون تغییر باقی مانده‌اند. (دو تا از متغیرهای فشار، فشارهای هر طرف غشا هستند. دو فشار دیگر، متغیرهای کمکی هستند که برای اجرای شرایط ورودی نرخ جریان جرم کل استفاده می‌شوند.)
35 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را جمع کنید . |
36 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
اکنون مدل باید در یک یا دو دقیقه حل شود.
اکنون می توانید به بازتولید نمودارها از بخش نتایج و بحث (اما برای هندسه کوچکتر) به صورت زیر ادامه دهید:
نتایج
کسر مول، H2، ساده (fc)
1 | در پنجره Model Builder ، در زیر Results ، 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 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Mole Fraction، H2، Streamline (fc) را گسترش دهید ، سپس روی Streamline 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline ، بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . |
3 | از لیست موقعیت یابی ، روی مرزهای انتخاب شده را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، ورودی های H2 را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Point style را پیدا کنید . از فهرست توزیع پیکان ، زمان برابر را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار Mole Fraction، H2، Streamline (fc) ، روی  Plot کلیک کنید . |
کسر مول، O2، ساده (fc)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results ، 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 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Mole Fraction، O2، Streamline (fc) را گسترش دهید ، سپس روی Streamline 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline ، بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . |
3 | از لیست موقعیت یابی ، روی مرزهای انتخاب شده را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، ورودی های O2 را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Point style را پیدا کنید . از فهرست توزیع پیکان ، زمان برابر را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار Mole Fraction، O2، Streamline (fc) ، روی  Plot کلیک کنید . |
طرح پلاریزاسیون
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، پلاریزاسیون پلات را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | روی پلاریزاسیون Plot کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell>fc.phis0_ec1 – Electric Potential on Boundary – V را انتخاب کنید . |
طرح پلاریزاسیون
1 | در پنجره Model Builder ، روی پلاریزاسیون Plot کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Legend را پیدا کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
5 | در نوار ابزار Polarization Plot ، روی  Plot کلیک کنید . |
فعالیت آب کانال
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات گروه طرح سه بعدی ، Channel Water Activity را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
سطح 1
1 | روی Channel Water Activity 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 ، کانال ها را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Channel Water Activity ، روی  Plot کلیک کنید . |
فعالیت آب غشایی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Channel Water Activity کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، روی Channel Water Activity 1 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، فعالیت آب غشایی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
انتخاب 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Membrane Water Activity>Surface 1 را گسترش دهید، سپس روی Selection 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 1 کلیک 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>Membrane transport>fc.aw_mem – فعالیت آب (رطوبت نسبی ) را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار Membrane Water Activity ، روی  Plot کلیک کنید . |
رسانایی غشا
1 | در پنجره Model Builder ، روی Membrane Water Activity کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، رسانایی غشایی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Membrane Conductivity را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک 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>Electrolyte رسانایی – S/m>fc.sigmalzz – رسانایی الکترولیت ، zz-component را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار Membrane Conductivity ، روی  Plot کلیک کنید . |
چگالی جریان متقابل غشایی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Membrane Conductivity کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، چگالی جریان متقاطع غشایی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Cross-Membrane Current Density را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک 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.nIl – چگالی جریان الکترولیت نرمال – A/m² را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Surface 1 را گسترش دهید ، سپس روی Selection 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، O2 GDE را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Cross-Membrane Current Density ، روی  Plot کلیک کنید . |
شار آب متقاطع غشایی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Cross-Membrane Current Density کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، روی Cross-Membrane Current Density 1 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Cross-Membrane Water Flux را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، -fc.r_abs_dsp را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Cross-Membrane Water Flux ، روی  Plot کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای هندسه
اکنون که می دانید مدل اجرا می شود، به حل هندسه کامل ادامه دهید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی پارامترهای هندسه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
W_plate_min | 20[mm] | 0.02 متر | حداقل عرض صفحه |
N_ch | 2 | 2 | تعداد کانال ها |
N_repeat | 2 | 2 | تعداد واحدهای تکرار شونده |
هندسه 1
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Build All کلیک کنید . |
2 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای فیزیک
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Physics Parameters کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
stoich_H2 | 1.2 | 1.2 | استوکیومتری جریان هیدروژن |
RH_an | 25[%] | 0.25 | رطوبت نسبی ورودی، سمت آند |
مطالعه 1
راه حل 1 (sol1)
یک کپی از راه حل هندسه کوچک برای مراجعات بعدی تهیه کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations روی Solution 1 (sol1) کلیک راست کرده و گزینه Solution>Copy را انتخاب کنید . |
راه حل – هندسه کوچک
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations ، روی Solution 1 – Copy 1 (sol4) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات راه حل ، Solution – Small Geometry را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
تنظیمات حل کننده
برای ایجاد یک دنباله حل کننده مناسب برای اندازه هندسه افزایش یافته، دنباله حل کننده را بازنشانی کنید.
راه حل 1 (sol1)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1 را گسترش دهید . |
2 | روی Solver Configurations کلیک راست کرده و Reset Solver to Default را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید ، سپس روی Dependent Variables 2 کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات برای متغیرهای وابسته ، بخش عمومی را بیابید . |
5 | از لیست مرحله تعریف شده توسط مطالعه ، User defined را انتخاب کنید . |
مرحله دوم مطالعه فقط باید برای متغیرهای فشار حل شود.
6 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Dependent Variables 2 را گسترش دهید ، سپس روی Chemical Potential (comp1.fc.mu0) کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
8 | تیک حل برای این فیلد را پاک کنید . |
9 | در پنجره Model Builder ، روی الکترولیت پتانسیل (comp1.fc.phil) کلیک کنید . |
10 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
11 | تیک حل برای این فیلد را پاک کنید . |
12 | در پنجره Model Builder ، روی پتانسیل الکتریکی (comp1.fc.phis) کلیک کنید . |
13 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
14 | تیک حل برای این فیلد را پاک کنید . |
15 | در پنجره Model Builder ، روی Mass fraction (comp1.fc.wH2O_H2) کلیک کنید . |
16 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
17 | تیک حل برای این فیلد را پاک کنید . |
18 | در پنجره Model Builder ، روی Mass fraction (comp1.fc.wH2O_O2) کلیک کنید . |
19 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
20 | تیک حل برای این فیلد را پاک کنید . |
21 | در پنجره Model Builder ، روی Mass fraction (comp1.fc.wN2_O2) کلیک کنید . |
22 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
23 | تیک حل برای این فیلد را پاک کنید . |
24 | در پنجره Model Builder ، روی پتانسیل الکتریکی در مرز (comp1.fc.ecph1.ec1.phis0) کلیک کنید . |
25 | در پنجره تنظیمات برای حالت ، بخش عمومی را بیابید . |
26 | چک باکس Solve for this state را پاک کنید . |
27 | در پنجره Model Builder ، روی کسر جرمی مرزی (comp1.fc.h2gasph1.h2in1.wbndH2O) کلیک کنید . |
28 | در پنجره تنظیمات برای حالت ، بخش عمومی را بیابید . |
29 | چک باکس Solve for this state را پاک کنید . |
30 | در پنجره Model Builder ، روی کسر جرمی مرزی (comp1.fc.o2gasph1.o2in1.wbndH2O) کلیک کنید . |
31 | در پنجره تنظیمات برای حالت ، بخش عمومی را بیابید . |
32 | چک باکس Solve for this state را پاک کنید . |
33 | در پنجره Model Builder ، روی کسر جرمی مرزی (comp1.fc.o2gasph1.o2in1.wbndN2) کلیک کنید . |
34 | در پنجره تنظیمات برای حالت ، بخش عمومی را بیابید . |
35 | چک باکس Solve for this state را پاک کنید . |
تمام گره های اصلاح شده با یک * کوچک در نماد مربوطه در درخت مدل مشخص شده اند. همه زیرگره‌های زیر گره Dependent Variables 2 را بررسی کنید و مطمئن شوید که همه متغیرهای بدون فشار با علامت (*) مشخص شده‌اند و هر 4 متغیر فشار بدون تغییر باقی مانده‌اند. (دو تا از متغیرهای فشار، فشارهای هر طرف غشا هستند. دو فشار دیگر، متغیرهای کمکی هستند که برای اجرای شرایط ورودی نرخ جریان جرم کل استفاده می‌شوند.)
مرحله 3: ثابت – تمام فیزیک
برای نظارت بر پیشرفت حل کننده، فعالیت آب کانال را در حین حل ترسیم کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 1 ، روی مرحله 3: Stationary – All Physics کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، کلیک کنید تا بخش Results When Solving گسترش یابد . |
3 | کادر Plot را انتخاب کنید . |
4 | از فهرست گروه Plot ، Channel Water Activity را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
حل هندسه بزرگتر حدود 10 دقیقه طول می کشد.
