Podrobno

Razvoj računsko učinkovitega modela degradacije protonske izmenjevalne membrane v gorivni celici
ID Čelan, Matjaž (Avtor), ID Kravos, Andraž (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu, ID Katrašnik, Tomaž (Komentor)

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka. Vsebina dokumenta nedostopna do 10.09.2027.
MD5: 620EAED434415DE5BA771A1E86C0E163

Izvleček
V nalogi je obravnavana mehanska degradacija protonske izmenjevalne membrane in plasti za difuzijo plinov v nizkotemperaturni gorivni celici. Razvit je računsko učinkovit dvodimenzionalni model na osnovi diskretne mreže vzmeti, ki omogoča določanje prostorsko in časovno odvisnega napetostno-deformacijskega stanja. Model upošteva vpliv temperature, relativne vlažnosti, anizotropije materiala in nelinearnega odziva membrane s poenostavljenim opisom časovno odvisnih materialnih lastnosti. Vključen je opis vpliva dinamičnega obremenjevanja in eliminacije obremenitvenih ciklov po padavinski metodi, ki je nato vezan na konstitutivni opis obremenitvenega stanja z napovedjo linearne akumulacije poškodbe, kar omogoča določanje kritičnih obremenitvenih ciklov, oceno njihovega prispevka k skupni poškodbi ter oceno števila ciklov do odpovedi. Rezultati kažejo zmožnost modela za določanje časovno in prostorsko odvisnega napetostno-deformacijskega stanja, prepoznavanje kritičnih obremenitvenih ciklov in oceno njihovega prispevka k akumulaciji poškodb. Numerično obnašanje modela je ovrednoteno s konvergenčnimi analizami pri različnih stopnjah zgostitve računske mreže, primerjava z rezultati sorodnih raziskav iz literature pa kaže skladnost ključnih fizikalnih trendov, povezanih z omejenim higro-termičnim raztezanjem membrane in cikličnim mehanskim obremenjevanjem. Zaradi reducirane zasnove in majhne računske zahtevnosti ima razviti model potencial za uporabo pri vrednotenju mehanskega stanja membrane v realnem času ter za prihodnjo sklopitev z modeli in nadzornimi sistemi nizkotemperaturnih gorivnih celic s protonsko izmenjevalno membrano.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:gorivne celice s protonsko izmenjevalno membrano, računsko učinkovit model degradacije, termo-higro-mehanska degradacija, dinamično obremenjevanje, membrana in plast za difuzijo plinov
Vrsta gradiva:Magistrsko delo/naloga
Tipologija:2.09 - Magistrsko delo
Organizacija:FS - Fakulteta za strojništvo
Kraj izida:Ljubljana
Založnik:[M. Čelan]
Leto izida:2026
Št. strani:XXVI, 127 str.
PID:20.500.12556/RUL-187486 Povezava se odpre v novem oknu
UDK:621.352.6:539.3(043.2)
COBISS.SI-ID:291120899 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:11.09.2026
Število ogledov:103
Število prenosov:16
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Development of a computationally efficient model for the degradation of the proton exchange membrane in a fuel cell
Izvleček:
This thesis addresses the mechanical degradation of the proton exchange membrane and gas diffusion layer in a low-temperature fuel cell. A computationally efficient two-dimensional model based on a discrete spring lattice is developed, enabling the evaluation of spatially and temporally varying stress–strain states. The model accounts for the effects of temperature, relative humidity, material anisotropy, and the nonlinear mechanical response of the membrane through a simplified representation of time-dependent material properties. Dynamic loading is treated using the rainflow counting method to identify and count individual loading cycles. The identified cycles are subsequently coupled with a constitutive description of the mechanical response and a linear damage accumulation model, enabling the identification of critical loading cycles, the assessment of their contribution to the total accumulated damage, and the estimation of the number of cycles to failure. The results demonstrate that the model is capable of determining spatially and temporally varying stress–strain states, identifying critical loading cycles, and estimating their contribution to accumulated damage. The numerical behaviour of the model is evaluated through convergence analyses performed at different levels of discretisation refinement, while comparison with related research from the literature indicates agreement with key physical trends associated with constrained hygrothermal membrane expansion and cyclic mechanical loading. Owing to its reduced formulation and low computational cost, the developed model has the potential to be applied for the real-time evaluation of the mechanical state of the membrane and, in the future, to be integrated with monitoring and control systems for low-temperature proton exchange membrane fuel cells.

Ključne besede:proton exchange membrane fuel cells, computationally efficient degradation model, thermo-hygro-mechanical degradation, dynamic loading, proton exchange membrane and gas diffusion layer

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj