Yakıt pilleri için akış kanallarının 3D modellenmesi ve performans analizi
3D modeling and performance analysis of flow channels for fuel cells
Yazar: MUHAMMED MÜCAHİD TOPRAK
Danışman: DOÇ. DR. SUHA ORÇUN MERT
Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Dünyanın enerji ihtiyacı, gelişmeye devam eden teknolojiye bağlı olarak, sürekli artma eğilimindedir. Öte yandan yenilenemez enerji kaynakları kaçınılmaz şekilde azalmakta, bu nedenle de yenilenebilir enerji kaynaklarından enerji elde etmeye yönelik ulusal ve uluslararası ölçekte bilimsel çalışmaların sayısı gün geçtikçe artmaktadır. Bu çalışmalar arasında önemli yere sahip olan olan yakıt pili teknolojisi, önemli bir enerji kaynağı potansiyeli olarak görülmektedir. Bu tez çalışmasında da, yenilenebilir enerji ihtiyacına yönelik arayışlara bir katkı sunmak amacıyla, bir yakıt pili çeşidi olan "Proton Değişim Membran" (PEM) sisteminin akış kanallarının dizaynı, simülasyon ile modellenmesi ve geliştirilmesi üzerinde, farklı tasarımlara sahip 3 boyutlu dağıtım kanallarının performansa etkileri araştırılmıştır. 
Bu çalışmada ilgili kanal sistemlerinin tasarım, modelleme ve simülasyonunda "Comsol Multyphysics" programı, nihai tasarımların akış kanallarının membran yüzeyleri üzerinde verim analizi de yürütülmüştür. Bu analizlerde konsantrasyon, yakıt kanallarının fiziksel yapısı, enerji verimliliği ve sistemde kullanılan diğer parametreler ile bunların sonuçlar üzerindeki etkileri ele alınmış ve tartışılarak mantıksal sonuçlar elde edilmiştir. Enerji verimi açısından en uygun yakıt pili tasarımları ile farklı geometrilere sahip akış kanallarının karşılaştırılması yapılmıştır. Ayrıca, sistemde yakıt olarak kullanılan hidrojen (H2) ile, sisteme verilen oksijen (O2) gazı konsantrasyonlarının membran üzerindeki etkileri de incelenmiştir.

Abstract:
Energy need of the civilized world is ever increasing, perhaps connected to the rising technological demands. Moreover, the escalating depletion of non-renewable energy sources seems unstoppable, and as such, the subject of energy production from renewable energy sources is becoming a topic for an increasing number of scientific studies. Fuel cell system studies are one of the hot topics in that regard, and the technology is seen as a highly important and vital component of renewable energy sources. 
In this thesis, the flow channels of a proton exchange membrane (PEM) type fuel cell were designed, which were modeled using Comsol Multyphysics software, and studies were conducted on three-dimensional channels of various designs via simulation, with hopes to contribute to the renewable energy solution discussions. Efficiency analyses were also conducted on the membrane surfaces of the flow channels. Modeled channels were discussed and interpreted in terms of concentration, properties of the fuel channels, energy efficiency and other parameters used in the system. Existing optimal fuel cell designs were compared to various geometries of flow channels proposed in terms of energy efficiency. Furthermore, the effects of various concentration levels of H2 -used as fuel- and O2 gas fed to the system on the channel membranes were also investigated.