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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김경연
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 한밭대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수13
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고분자 전해질 연료전지에서 물관리는 연료전지의 성능 향상에 중요한 요소이다. 고분자 전해질 연료전지의 구성 요소별로는 연료 공급 채널에서의 물관리와 전기화학반응이 일어나는 전극에서의 물관리로 구분할 수 있다. 이에 본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지의 물관리에 대한 전산해석을 다음과 같이 두 영역으로 나누어 수행하였다.
1) 연료 공급 채널 내부의 액적 거동에 대한 이상유동 전산해석: 연료 공급 채널 내부의 액상의 물의 배출 양상을 volume of fluid (VOF) 방법을 적용한 3차원 이상유동에 대한 전산해석을 수행하였다. 입구 공기 속도, 채널 면의 접촉각, 액적 발생 위치 등과 같은 다양한 파라미터가 물의 배출에 미치는 영향을 조사하였다. 전산해석 결과로부터 두 개의 인접한 액적의 결합은 상대적으로 떨어져 있는 두 개의 액적과 비교 했을 때 물 배출을 원활하게 하고, 친수성 채널 면 가까이에서 생성되는 액적들은 채널 면의 윗 모서리에 흡착하여 연료의 공급이 원활히 이루어짐을 확인하였다.
2) 전기화학반응을 고려한 연료전지 성능 예측 전산해석: 전기화확반응과 온도변화가 고려된 3차원의 다상 연료전지 전산해석 모델을 이용하였으며 양극과 음극의 가습 조건과 분리판에서의 온도 조건 변화에 따라 연료전지의 성능변화를 살펴보았다. 전산해석 결과로부터 양극 가습 조건은 음극 가습 조건과 비교했을 때 연료전지의 성능에 더 큰 영향을 미치고, 양극 가습이 증가할수록 농도 손실로 인해 한계전류밀도가 낮아져 연료전지의 성능이 크게 감소하였다. 또한, 양극 가습 조건이 일정한 경우에는 음극 가습 조건이 일정한 경우에 비해 활성화 손실에서는 큰 차이가 나지 않았으나 저항 손실에서는 다소 차이가 남을 확인하였다. 분리판에서 입구에서 출구 방향으로 점차 낮아지는 온도 조건을 부과한 경우에는 다량의 액상의 물 생성으로 인하여 성능이 저하되나, 점차 높아지는 온도 조건을 부과한 경우에는 액상의 물 감소로 인한 농도손실의 감소로 인하여 성능이 향상되었다.
1) 연료 공급 채널 내부의 액적 거동에 대한 이상유동 전산해석: 연료 공급 채널 내부의 액상의 물의 배출 양상을 volume of fluid (VOF) 방법을 적용한 3차원 이상유동에 대한 전산해석을 수행하였다. 입구 공기 속도, 채널 면의 접촉각, 액적 발생 위치 등과 같은 다양한 파라미터가 물의 배출에 미치는 영향을 조사하였다. 전산해석 결과로부터 두 개의 인접한 액적의 결합은 상대적으로 떨어져 있는 두 개의 액적과 비교 했을 때 물 배출을 원활하게 하고, 친수성 채널 면 가까이에서 생성되는 액적들은 채널 면의 윗 모서리에 흡착하여 연료의 공급이 원활히 이루어짐을 확인하였다.
2) 전기화학반응을 고려한 연료전지 성능 예측 전산해석: 전기화확반응과 온도변화가 고려된 3차원의 다상 연료전지 전산해석 모델을 이용하였으며 양극과 음극의 가습 조건과 분리판에서의 온도 조건 변화에 따라 연료전지의 성능변화를 살펴보았다. 전산해석 결과로부터 양극 가습 조건은 음극 가습 조건과 비교했을 때 연료전지의 성능에 더 큰 영향을 미치고, 양극 가습이 증가할수록 농도 손실로 인해 한계전류밀도가 낮아져 연료전지의 성능이 크게 감소하였다. 또한, 양극 가습 조건이 일정한 경우에는 음극 가습 조건이 일정한 경우에 비해 활성화 손실에서는 큰 차이가 나지 않았으나 저항 손실에서는 다소 차이가 남을 확인하였다. 분리판에서 입구에서 출구 방향으로 점차 낮아지는 온도 조건을 부과한 경우에는 다량의 액상의 물 생성으로 인하여 성능이 저하되나, 점차 높아지는 온도 조건을 부과한 경우에는 액상의 물 감소로 인한 농도손실의 감소로 인하여 성능이 향상되었다.
목차
Ⅰ. 서 론 11. 연구 배경 12. 연구 동향 63. 연구 목적 12Ⅱ. 연료 공급 채널 내부의 액적 거동에 대한 이상유동 전산해석 141. 지배방정식 142. 전산해석 대상과 경계조건 173. 전산해석 결과 20(1) 채널 내의 액적 성장 및 물 배출 양상 정성적 분석 20(2) 채널 내의 액적 성장 및 물 배출 양상 정량적 분석 301) 포어 위치의 효과 302) 입구 공기 속도의 효과 333) 채널 내 접촉각의 효과 39Ⅱ. 전기화학반응을 고려한 연료전지 성능 예측 전산해석 411. 연료전지의 성능 422. 지배방정식 443. 전산해석 대상과 경계조건 524. 전산해석 결과 58(1) 양극 가습 조건에 따른 성능 변화 59(2) 음극 가습 조건에 따른 성능 변화 75(3) 분리판 온도 조건에 따른 성능 변화 85Ⅳ. 결 론 93참 고 문 헌 95ABSTRACT 99
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