Doğrudan borhidrür yakıt pilinde akış kanalı geometrisi ve yakıt debisinin basınç düşümüne etkisi
The effect of flow channel geometry and fuel flow on the pressure drop in the direct borohydride fuel cell
Yazar: GÖZDE MENTEŞE
Danışman: PROF. DR. CENK ÇELİK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yakıt pillerinin ağırlık ve maliyet bakımından büyük bir kısmını kapsayan bipolar plakalar yakıt pilleri için önemli bir sitem elemanıdır. Bipolar plakaların akış alanı geometrilerinin seçimi ve optimizasyonu yakıt pili performansını doğrudan etkilemektedir. Akış kanallarında meydana gelen basınç düşüşü davranışının yakıt pili performansı üzerine önemli etkileri vardır.

Bu tez kapsamında doğrudan borhidrür yakıt pilinde kullanılmak üzere farklı geometrilerde akış kanalları oluşturulmuş ve oluşturulan her bir akış kanalına belirli debilerde deneyler yapılarak basınç düşüşü davranışı incelenmiştir. Bu amaçla 3 adet pin tip, 3 adet serpantin tip ve 3 adet paralel tip akış kanalı geometrisi SOLIDWORKS yazılımında oluşturulmuş, oluşturulan CAD datası CNC tezgahta 10cmx10cm bir polikarbonat plaka üzerine işlenmiştir. İşlenen akış kanallarının her biri basınç düşümü ölçümü için oluşturulan deney düzeneğinde belirli debiler (3ml/dk, 6ml/dk, 9ml/dk, 12ml/dk ve 15ml/dk) ile test edilmiştir. Deney sonuçlarından her 3 tip akış kanalı için de artan debi ile basınç düşümünün arttığı tespit edilmiştir. Bununla birlikte paralel akış kanalında artan kanal arası mesafe ile basınç düşümünün arttığı görülmüştür. Serpantin akış kanalında kanal genişliğinin ve kanallar arası mesafenin azalması ile basınç düşümünün arttığı görülürken, kanal genişliğinin basınç düşümü üzerindeki etkisinin kanallar arası mesafeden daha belirgin olduğu görülmüştür. Pin akış kanallarında ise akış alanı oranı arttıkça basınç düşümünün azaldığı görülmüştür.

Abstract:
Bipolar plates, which cover a large proportion of fuel cells in terms of weight and cost, are an important system element for fuel cells.  The selection and optimization of flow field geometries of bipolar plates directly affects fuel cell performance.  Pressure drop in flow channels has significant effects on fuel cell performance.

Within the scope of this thesis, flow channels of different geometries have been formed to be used directly in boron hydride fuel cell and pressure drop behavior has been investigated by performing experiments at each flow channel.  For this purpose, 3 pin type, 3 serpentine type and 3 parallel type flow channel geometry have been created in Solidworks and CAD data has been processed on a 10cmx10cm polycarbonate plate on CNC machine.  Each of the processed flow channels was tested with specific flow rates (3ml / min, 6ml / min, 9ml / min, 12ml / min and 15ml / min) in the experimental setup for pressure drop measurement.  It was determined from the results of the experiment that the pressure drop increased with increasing flow rate for all 3 types of flow channels.  However, it was seen that the pressure drop increased with increasing distance between channels in parallel flow channel.  In the serpentine flow channel, it is seen that the pressure drop increases with decreasing channel width and distance between channels, and the effect of channel width on pressure drop is more pronounced than the distance between channels.  In pin flow channels, it was seen that the pressure drop decreased as the flow area ratio increased.