Neturinčių membranos mikro-kuro elementų modeliavimas

Abstract

Pasitelkus kompiuterinį modeliavimą, buvo sukurtas laminarinio tekėjimo mikro-kuro elemento dvimatis modelis. Teorinėje dalyje supažindinama su kuro elementais ir su jais susijusia problematika. Toliau buvo aprašyti mikro tekėjimo kuro elementų veikimo principai, tekėjimo mikro kanalais hidrodinamika, kuro ir oksidanto elektrochemija bei mikro tekėjimo kuro elemente atsirandantys nuostoliai. Mokslinės literatūros apžvalgoje glaustai aprašyti tyrimai susiję su mikro tekėjimo kuro elementais, jų modeliavimu bei pateiktos tų tyrimų išvados. Tyrimo aprašyme pateiktos pagrindinės modeliavime naudojamos lygtys, aprašytas difuzijos ir konvekcijos, skysčio tekėjimo ir elektrocheminių reakcijų modeliavimas, pateikti modeliavimo rezultatai. Buvo sumodeliuota skirtingų ilgių ir pločių mikro tekėjimo kuro elementai bei palygintos jų charakteristikos bei kuro suvartojimo efektyvumas. Gauta, jog efektyvumui MTKE didelę įtaką turi optimalus parinktų parametrų rinkinys – tekėjimo greitis, pradinės kuro ir oksidatoriaus koncentracijos ir išsiaiškinta, jog kuro elementas su mažo skersmens kanalu prie didelių tekėjimo greičių rodo geresnes charakteristikas, jei užtikrinamas kuro ir oksidatoriaus atskyrimas.

With the help of computer simulation a micro flow fuel cell two-dimensional model have been developed. The theoretical part presents the fuel cells and associated problems, micro -flow fuel cell operating principles, micro channel flow hydrodynamics, fuel and oxidant flow electrochemistry and micro flow fuel cell performance losses. The literature review briefly describes the researches related to the mikro flow fuel cells and their modelling. Most important research findings are added. The research part describes equations of diffusion and convection, fluid flow and mechanics and electrochemical reactions used in the simulation. Simulation results are presented in modelling part. Further several models with different lengths and widths of the micro channel have been developed and compared their performance and fuel efficiency. It was revealed that the efficiency of micro flow fuel cell strongly influenced by the optimized set of parameters - flow rate , initial fuel and oxidizer concentration and ascertained that the small-diameter channel provides better performance if fuel and oxidizer separation is guaranteed.