연료전지 공기채널 내에서의 액적 거동에 대한 수치적 연구
Numerical Study of Droplet Dynamics in a PEMFC Air Flow Channel
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 손기헌
- 발행년도 2010
- 학위수여년월 2010. 2
- 학위명 석사
- 학과 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000045695
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교의 논문은 저작권에 의해 보호받습니다
초록/요약
다수의 기공을 포함한 고분자전해질 연료전지의 공기유로 내에서의 액적 거동을 기상, 액상 영역 모두에 적용될 수 있는 운동량 및 질량 보존식과 LS 함수를 지배하는 방정식의 계산을 통하여 수치적으로 연구하였다. 액체와 기체의 상경계면은 경계면에서의 조건을 더 정확히 충족시키는 sharp-interface 구현을 이용한 LS 방법을 기반으로 결정되었다. 이 방법은 벽과 기공에서의 접촉각 지정을 위해 변경되었다. 액적 거동에 대한 입구 공기의 속도 및 액적의 크기, 옆 벽의 효과를 조사하였으며, 이를 통해 액적 거동이 접촉각의 영향이 지배적임을 알 수 있었다. 또한, 주기적인 액적의 성장 및 이동 현상을 계산함으로써 다수의 기공에서 성장하는 액적간의 상호작용을 조사하였다. 이 계산을 통해 기공 수의 증가가 야기하는 액적 병합이 유로 내에서의 액적 제거에 효과적이지 않음을 알 수 있었으며, 유로 벽면의 접촉각은 고분자전해질막 연료전지의 공기유로 내에서의 수분관리에 상당한 영향을 주었다.
more초록/요약
The water droplet motion in a PEMFC gas channel with multiple pores, through which water emerges, is studied numerically by solving the equations governing the conservation of mass and momentum. The liquid-gas interface is tracked by a level set method which is based on a sharp-interface representation for accurately imposing the matching conditions at the interface. The method is modified to implement the contact angle conditions on the walls and pores. The effects of inlet flow velocity, droplet size and side wall on the droplet motion were investigated. Based on the numerical results, the droplet dynamics including the sliding and detachment of droplets was found to depend significantly on the contact angle. Also, the dynamic interaction between the droplets growing on multiple pores is investigated by conducting the computations until the droplet growth and sliding motion exhibits a periodic pattern. The numerical results show that the configuration subject to droplet merging is not effective for water removal and that the wettability of channel wall strongly affects water management in the PEMFC gas channel.
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