مدل سازي و شبيه سازي سه بعدي پيل سوختي غشاي پليمري دمابالا با تركيب نوين بر پايه تركيب مايع هاي يوني دي كاتيوني و پلي بنزيميدازول

در اين مطالعه، مدلي سه‌بعدي و پايا براي غشاي نوين هدايت پروتون شامل مايع هاي يوني دي كاتيوني كه مناسب پيل هاي سوختي پليمري دمابالا در محيط بي‌آب بوده، ارايه‌شده است. براي توسعه چنين مدلي پس از تهيه مدل هندسي سه بعدي و شبكه بندي آن، معادله هاي مومنتوم، جرم و بار الكتريكي در ناحيه هاي گوناگون پيل شامل محيط هاي متخلخل الكترودها، كانال هاي گاز و محيط هاي جامد مانند جمع كننده‌هاي جريان، گسسته سازي شده و با در نظر گرفتن اتلاف هاي موجود در پيل و بر اساس منابع به دست آمده از مدل الكتريكي و الكتروشيميايي حل شده است. همچنين واكنش‌هاي الكتروشيميايي در سطح فعال آند و كاتد و انتقال يوني در الكتروليت لحاظ شده است. معادله ها با نرم‌افزار ديناميك سيالات محاسباتي و روش المان محدود در بازه 0.95 ـ 0.4 ولت با طول پله 0.05 حل شده اند. فرايند حل به‌صورت غيرخطي و روش نيوتن براي گسسته سازي معادله هاي ديفرانسيل جزئي با تلورانس 0.001 انجام‌گرفته است. تعداد 20640 شبكه‌بندي براي محاسبه هاي عددي صورت گرفته و تعداد تكرار 50 مي‌باشد. آزمون نبود وابستگي شبيه‌سازي به مش بندي صورت گرفته كه با اندازه هاي گوناگون مش ها، اختلاف نتيجه ها كم تر از 1% بوده كه نبود وابستگي نتيجه ها به‌اندازه مش ها را تأييد مي كند. سرانجام مقايسه نتيجه هاي به دست آمده با داده‌هاي تجربي با نمودار ولتاژ ـ چگالي جريان به‌عمل‌آمد. اين منحني تطابق بسيار خوبي (خطا كمتر از 4%) را بين نتيجه هاي مدل سازي حاضر و داده‌هاي تجربي نشان داده كه اعتبار اين مطالعه را تأييد مي كند. همچنين توزيع غلظت هاي واكنشگرها و فراورده ها در نقطه هاي گوناگون پيل محاسبه‌شده و تأثير شرايط عملياتي بر عملكرد پيل بررسي شده است و اين مدل توانايي پيش‌بيني رفتار پيل سوختي غشاي پليمري دما بالا را در شرايط گوناگون عملياتي دارا مي‌باشد.