Enerji Üretim Amaçlı Teknik Tekstil Membranlarında Transfer Olaylarının İncelenmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2018
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Filiz GÜNEY
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): İbrahim ÜÇGÜL
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez çalışmasında yakıt hücresinde kullanılan, ekonomik maliyeti yüksek olan nafion membranların yerine sülfonlanmış poliamidlerden membranlar deneysel olarak sentezlenmiş ve ayrıca bu membranların yakıt hücresinde kullanılabilirliği teorik olarak ANSYS FLUENT PEM Modülünde incelenmiştir. Elde dilen sonuçlar literatürdeki çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Sentezlenen Dm-Naf ve Da-NTDA polimerlerinin FT-IR, TGA ve DSC analiz testleri sonucunda kimyasal yapılarına uygun olarak beklenen bölgelerde gerilimler gözlenmiş dolayısıyla nafion membrana alternatif olabilecek aromatik zincir yapısına sahip olduğu görülerek literatürdeki verilerle uyum sağladığı sonucuna varılmıştır. Ancak sınırlı proje imkanlarıyla alınan az miktardaki kimyasal maddeler nedeniyle çok düşük molekül ağırlıklı non-nafion membranlar oluşturulduğundan ve yakıt pili stağının eldeki koşullarla vakumlu olarak tam kapatılamamasından dolayı sağlıklı akım ölçüm değerleri alınamamıştır. Bu nedenle nafion membrana alternatif olarak oluşturulan mebranların PEM yakıt pili performansınına etkisini araştırabilmek adına bir benzetim çalışması yapılması uygun görülmüştür. Simülasyon için üç boyutlu kararlı halde çalışan serpantin akış kanallı bir PEM yakıt hücre modeli oluşturulmuştur. Analiz için kullanılacak katı model ve sonlu eleman modeli SOLIDWORKS programı kullanılarak hazırlanmıştır. Benzetim sonuçları FLUENT' in PEM Yakıt Hücresi (PEMFC) modülünde çalıştırılarak elde edilmiştir. Deneysel çalışmada sentezlenen non-nafion membranlardan Dm-Naf'ın bazı fiziksel özelliklerine literatürde ulaşılamadığı ve eldeki koşullarla ölçülemediği için sadece Da-NTDA homopolimerinin fiziksel özellikleri nafion membranın özellikleriyle karşılaştırılarak sonuçlar değerlendirilmiştir. Sentezlenen Da-NTDA homo-polimerin belirlenen fiziksel özellikleri girilerek elde edilen akım değeri nafion membranın ürettiği akım değeri ile karşılaştırılmış ve nafion membrandan daha yüksek akım ürettiği grafiklerle gösterilmiştir. Nafion ve Da-NTDA membranlarının gaz akış kanallarındaki hız dağılımları, gaz debileri, kütle kesri dağılımları, su içeriği değişimleri grafikler halinde incelenmiştir. Ayrıca çalışmada akış kanal geometrisinin PEM yakıt pili performansına etkisini görebilmek adına ANSYS FLUENT'de oluşturulan modeller için hız ve sıcaklık dağılımları da analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçların yakıt hücresi tasarımını etkileyen, bu tasarımı geliştiren ve performansını optimize eden önemli yönlerini tartışmak için kullanılabileceği ortaya konmuştur. Ayrıca deneysel ve simülasyon sonuçlar sentezlenen alternatif non-nafion membranların gösterdiği performansın nafion membranın yakıt hücresinde ürettiği akım değerlerleri ile benzer özellikler sergilediğini dolayısıyla daha ucuz maliyetlerle üretilebileceğini göstermiştir.