دستاوردهای پژوهشگران دانشگاه امیرکبیر در راستای ارتقاء سیستم‌های خنک‌کاری پیل‌های سوختی
به نقل از خبرگزاری مهر و بر اساس اطلاعات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، بهنام وجودی، فارغ‌التحصیل دکتری رشته مهندسی مکانیک، به هدایت دکتر محمدرضا حاج محمدی و دکتر علی احمدپور از اعضای هیات علمی دانشگاه، پروژه‌ای تحقیقاتی تحت عنوان «خنک‌کاری پیل سوختی غشاء پلیمری با استفاده از جریان دوفاز تیلور» را به مرحله اجرا درآورده است.
وجودی در بیان این طرح اظهار داشت: در عصر حاضر، جامعه و صنایع جهانی به سمت منابع انرژی پاک و تجدیدپذیر حرکت می‌کنند. بهره‌برداری از فناوری‌هایی که بدون ایجاد آلودگی زیست‌محیطی انرژی تولید می‌کنند، به‌عنوان یک مزیت مهم در دنیای کنونی شناخته می‌شود.
وی به ارائه توضیحاتی در خصوص پیل‌های سوختی غشاء پلیمری (PEMFC) پرداخت و گفت: این وسایل الکتروشیمیایی به نوعی طراحی شده‌اند که می‌توانند انرژی شیمیایی حاصل از سوخت خود، یعنی هیدروژن، را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند. این فرایند به‌صورت کاملاً پاک انجام می‌گیرد، زیرا نتایج آن شامل تنها آب و گرما به‌عنوان محصولات جانبی است؛ به همین علت، تحقیق و توسعه پیرامون پیل‌های سوختی در سطح جهانی مورد توجه پژوهشگران زیادی قرار دارد.
این دانش‌آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر، خنک‌کاری را از جمله چالش‌های اساسی در پیل سوختی غشاء پلیمری دانست و یادآوری کرد: لازم است که این پیل‌ها در دماهای استاندارد و معقول نگه‌داری شوند، زیرا دماهای بالاتر می‌تواند موجب از کار افتادن آنها و عدم توانایی در تولید برق شود. بنابراین، تحقیق ما بر بهبود سیستم خنک‌کاری این نوع پیل سوختی به منظور افزایش توان تولیدی آن متمرکز بوده است.
وجودی افزود: در چارچوب این پروژه، انواع مختلفی از روش‌های مورد استفاده برای خنک‌کاری پیل سوختی تا کنون بررسی شده و نکات قوت و ضعف هر یک استخراج گردید. به دنبال آن، رویکرد نوینی با استفاده از جریان دوفاز تیلور جهت افزایش انتقال حرارت و بهبود سیستم خنک‌کاری پیشنهاد شد که مورد تجزیه و تحلیل عددی قرار گرفت.
وی اعلام کرد: این شیوه نخستین‌بار در زمینه خنک‌کاری پیل سوختی مطرح گردیده است.
وجودی با اشاره به نتایج حاصل از این تحقیق خاطر نشان کرد: جریان دوفاز تیلور، ترکیب آب و هوا، عملکرد به‌مراتب بهتری در مقایسه با جریان تک‌فاز آب از خود به نمایش گذاشته و در خنک‌کاری پیل‌های سوختی با توان تولیدی بالا قابلیت‌های ویژه‌ای دارد. در حقیقت، بهینه‌سازی خنک‌کاری و ایجاد شرایط یکنواخت برای پیل سوختی می‌تواند به افزایش توان خروجی و طول عمر مفید آن منجر گردد.
وی در توضیح فرایند انجام این پروژه، به شبیه‌سازی عددی مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) اشاره کرد که با استفاده از نرم‌افزار OpenFOAM صورت گرفته است. تمامی شرایط واقعی حاکم بر این تجهیز فیزیکی در معادلات لحاظ گردیده است.
وجودی استفاده از پیل‌های سوختی را به عنوان منبع الکتریسیته در صنایع مختلف قابل توجه دانست و مثال‌هایی از کاربردهای آن نظیر صنایع حمل و نقل مانند خودروهای الکتریکی، صنایع دفاعی، و تولید برق برای نواحی دورافتاده و غیر قابل دسترسی به برق شهری ذکر کرد.
وی همچنین افزود: تأمین برق برای مناطقی که به شبکه برق شهری دسترسی ندارند، از جمله روستاها و مراکز تحقیقاتی دورافتاده، و توانمندی‌های متحرک آن برای ایجاد انرژی الکتریکی در حوزه حمل و نقل، مانند موتورسیکلت‌ها، دوچرخه‌ها، اسکوترها و همچنین وسایل سنگین‌تری مانند خودروهای برقی، اتوبوس‌های برقی و تجهیزات باربری در صنایع دفاعی مانند پهپادها و همچنین در صنایع فضایی از دیگر مزایای این فناوری محسوب می‌شود.
این دانش‌آموخته از دانشگاه صنعتی امیرکبیر همچنین به انتشار دو مقاله ISI با درجه Q۱ در مجله‌های Communications in heat and mass transfer و International Journal of Thermal Science به عنوان دیگر موفقیت‌های این رساله دکتری اشاره کرد.
وی تأکید کرد: در حال حاضر، پیل سوختی غشاء پلیمری در اکثر کشورهای صنعتی و پیشرفته مورد استفاده و بهره‌برداری قرار می‌گیرد، اما روش خنک‌کاری با استفاده از جریان دوphase برای نخستین بار در این تحقیق دکتری ارائه شده است. از نقاط قوت این شیوه خنک‌کاری می‌توان به قابلیت بالای انتقال حرارت و کارایی آن نسبت به سایر روش‌های مشابه اشاره کرد؛ به‌طوری‌که در شرایط یکسان، طرح تاریخی توانایی‌های بیشتری در خنک‌کاری به نمایش می‌گذارد.
