Üç boyutlu modellerde yakıt hücresi performansını etkileyen parametrelerin incelenmesi
Investigation of parameters affecting fuel cell performance in three dimensional models
Yazar: YUNUS AKSU
Danışman: DOÇ. DR. NURCAN TUĞRUL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Dünyamızın enerji ihtiyacı artan popülasyon ve yaşanan teknolojik gelişmelere bağlı olarak her geçen gün artmaktadır. Günümüzde enerji üretimi için başlıca kaynak olarak fosil yakıtlar kullanılmaktadır. Fosil yakıt kullanımı sonucu açığa karbondioksit ve karbon monoksit gibi gazların çevreye olan zararlı etkilerinin yanında kömür, doğal gaz ve petrol gibi fosil yakıtların bir gün tükenmesi de olası görülmektedir.
Bu çerçevede fosil yakıtlara alternatif olarak kullanılabilecek enerji kaynakları hakkında yapılan çalışmalar artarak devam etmektedir. Fosil yakıtlara alternatif olarak kullanılan enerji kaynaklarının en popüler olanlarından biri yenilenebilir enerji kaynaklarıdır. Rüzgâr ve güneşten elektrik enerjisi elde etmek bu konuda günümüzde en çok ismi duyulan sistemler olsa da bu sistemlerin enerji arzı miktarı ve sürekliliği açısından handikapları bulunmaktadır. Mevsim ve günlük hava şartlarına bağlı olarak üretim miktarı değişen bu sistemler enerji arz talep dengesi açısından problem oluşturmaktadır. Bir diğer yöntem olan nükleer enerji ise hem üretim hem de oluşan atığın imhası açısından yüksek derecede riskli bir alternatif olarak görülmektedir.
Bu noktada alternatif olarak hidrojen ve oksijenden karbon emisyonu olmaksızın temiz, sürekli ve sürdürülebilir enerji kaynakları olarak yakıt hücreleri ön plana çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında yakıt hücrelerinin geliştirilmesine yönelik olarak simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Bu simülasyonlarda önceden yapılmış bir deneysel çalışmayı referans alarak önce modelimizden elde ettiğimiz sonuçlarla deneysel sonuçları yakalamaya çalıştık. Bunu başardıktan sonra farklı geometride bir yakıt hücresi ile performans karşılaştırması yapılmış sonraki aşamada ise sıcaklık, basınç gibi çalışma koşullarının etkileri incelenmiştir.
Sonuç olarak; enerji ihtiyacının gün geçtikçe arttığı dünyamızda fosil yakıtların alternatifi olabilecek teknolojilerden biri olan yakıt hücrelerinden elde edilen enerji basınç, sıcaklık, porozite ve kütlesel debide yapılan artışa paralel olarak artmıştır.

Abstract:
Our world's energy demand is increasing day by day depending on the increasing population and the technological developments. Today, fossil fuels are used as the main source for energy production. As well as the harmful effects of gases such as carbon dioxide and carbon monoxide on the environment, fossil fuels such as coal, natural gas and petroleum are likely to be run out of someday.
Work on energy resources that can be used as an alternative to fossil fuels in this framework continues to increase. One of the most popular energy sources used as an alternative to fossil fuels is renewable energy sources. Producing electricity from the wind turbines and the solar panels is the mostly known systems as renewable energy sources. Despite the being a renewable and energy sources wind and sun have disadvantages on energy supply and continuinuty. These systems vary in production amount depending on the season and daily weather conditions are a problem in terms of energy supply demand balance. Another method, nuclear energy, is seen as a high-risk alternative in terms of both the production and the disposal of the generated waste.
At this point fuel cells which uses hydrogen and oxygen to produce electricity and does not emit green house gases come forward as clean, continuous and sustainable energy sources. In this thesis we made simulations to investigate and improve fuel cell performance. In these simulations, we tried to validate the experimental results with the results we obtained from our model by referring to a previous experimental work. After this, we compare the performance of two fuel cells with different geometries. Fuel cell which had better performance was used in investigation of the effects of operating conditions such as temperature and pressure.
As a result; energy from fuel cells, one of the technologies that could be an alternative to fossil fuels in our world, where energy needs are increasing day by day, has increased in parallel with the increase in pressure, temperature, porosity and mass flow rate.