دراسة عددية لظواهر الانتقال المتزامن في خلايا الوقود الهيدروجينية تحليل مقارن بين PEMFC و SOFC ودراسة تطبيقية لخليةSOF

Abstract

تندرج هذه الأطروحة في إطار دراسة أحد المحاور الأساسية لإيجاد بديل طاقي صديق للبيئة، والذي يعتمد على التحويل الكهروكيميائي للطاقة الكيميائية المخزنة إلى طاقة كهربائية، وذلك من خلال خلايا الوقود الهيدروجينية ذات الالكتروليت الصلب وخلايا غشاء تبادل البروتون. أسفرت نتائج البحث عن المساهمة في تطوير نموذجين رياضيين أحادي وثنائي البعد، يبرزان التوزيع الحراري والكتلي، إضافة إلى التنبؤ بالمردود الكهربائي للخلية تحت تأثير مختلف مصادر الحرارة المتولدة أثناء عملية التحويل. تم اعتماد عدة طرق رياضية لحل المعادلات الحاكمة لظواهر الانتقال الحراري والكتلي داخل خلية الوقود، واستعمال برنامج حسابي بلغة Fortran على مستوى وحدة البحث. وبالاستعانة ببرامج بيانية مساعدة، جرى تمثيل هذه الظواهر من خلال منحنيات عددية مكّنت من فهم أعمق لآلية تشغيل الخلية بالإضافة لفهم سلوكها تحت تأثير مختلف الظواهر، والمساهمة في تحسين مردودها الكهربائي ورفع كفاءتها التشغيلية

This thesis falls within the framework of studying one of the fundamental approaches aimed at finding an environmentally friendly energy alternative. It is based on the electrochemical conversion of stored chemical energy into electrical energy through hydrogen fuel cells with solid electrolytes and proton exchange membrane fuel cells. The research results contributed to the development of two mathematical models, one-dimensional and two-dimensional, highlighting thermal and mass distribution, as well as predicting the electrical performance of the fuel cell under the influence of various heat sources generated during the conversion process. Several mathematical methods were employed to solve the governing equations of heat and mass transfer phenomena within the fuel cell. A computational program written in the Fortran language was developed at the research unit level. With the assistance of complementary graphical software, these phenomena were represented through numerical curves, enabling a deeper understanding of the fuel cell operating mechanism and its behavior under the influence of different physical phenomena, thereby contributing to the improvement of its electrical performance and the enhancement of its operational efficiency