전산유체역학 (CFD)을 이용한 PEMFC의 성능분석

Performance Analysis of PEMFC Using Computational Flow Dynamics (CFD)

단순한 모델링이 아닌 3차원의 정밀한 모델링을 이용하여 연료전지 내부에서의 상황을 모사하였다. 자동차 엔진, 비행기 등의 설계에 있어서 실제 실험의 횟수를 줄여주기 위하여 매우 정밀한 전산유체역학(CFD)이 사용된다. 본 연구에서는 CD-ADAPCO사의 STAR-CD를 이용하여 고체고분자전해질형 연료전지(PEMFC)의 성능을 분석하였다. PEMFC 단위전지의 형상과 유로의 흐름의 변화에 따른 성능의 영향성을 분석하였다. 그 결과 rectangular cell 의 성능이 square cell 보다 높게 나타났으며 유체흐름의 방향은 성능에 큰 영향을 미치지 못했다. 또한 공기의 과잉률에 따른 전체적인 연료전지의 성능을 비교하였으며, 또한 PEMFC 내부에서의 전류밀도의 분포에 관한 분석을 실시하여 그 결과를 비교, 분석하였다. 그 결과 flip-flow의 경우가 co-flow의 경우에 비하여 최대치와 최고치의 값의 편차가 작은 것으로 확인되어 보다 균일한 분포를 가지는 것을 확인할 수 있었다.

Computational fluid dynamics (CFD) is used to reduce number of experiments. The CFD tools are widely used for engine design and flow pattern analysis to reduce experiments. In this study the performance of a PEMFC single cell was analyzed by using STAR-CD, product of CD-ADAPCO. The effect of cell design and flow pattern on the performance of a PEMFC was analyzed with the 3-D simulation. As a result the performance of rectangular cell was the higher than that of square cell, while the flow direction scarcely affected on the performance of a PEMFC. Also the current density according to different excess ratio of air flow rate was compared and analyzed. The difference between maximum and minimum current density of flip-flow was lower than that of co-flow.