جمعیت اولیه

۲۵

تعداد پارامترها

۳

نرخ ادغام

۹۰%

نرخ جهش

۱۰%

۳-۴-۵ استفاده از Lookup Table در محیط MATLAB Simulink
در این پژوهش نرم افزار Fuel cell software که به حل تحلیلی پیل سوختی می پردازد جهت تعیین عملکرد مقادیر مختلف پارامتر های مورد بررسی، مورد استفاده قرار گرفته است و در فصل چهارم به معرفی آن پرداخته شده است. نرم افزار فوق در محیط فرترن نوشته شده است. به منظور لینک کردن این دو نرم افزار می توان از mex-file استفاده کرد ولی به دلیل اینکه برنامه کامپیوتری حل تحلیلی در تعدادی مقادیر محدود و نامشخص توانایی پاسخگویی ندارد و هنگ می کند از Lookup Table که در محیط MATLAB Simulink تعریف شده، استفاده گردیده است. چون حل تحلیلی در برخی نقاط نامشخص توانایی پاسخگویی ندارد در صورت لینک مستقیم الگوریتم ژنتیک و برنامه نوشته شده جهت حل تحلیلی، به دلیل انتخاب تصادفی حلها یا مقادیر پارامترها توسط الگوریتم ژنتیک امکان عدم پاسخگویی در تعداد نسلهای بالا موجود است و به همین دلیل است که ابتدا حل تحلیلی را به ازای مقادیر مشخص از متغیرها حل کرده و میزان برازندگی مقادیر مختلف پارامترها را به دست آورده و در صورت هنگ برنامه حل تحلیلی در مقادیر خاص، از میان یابی استفاده شده است، سپس مقادیر به دست آمده از حل تحلیلی در Lookup Table قرار داده شده است. با بهره گرفتن از شبیه سازی Lookup Table در محیط Simulink و تعریف بلوک دیاگرامهای مرتبط، از شبیه سازی ایجاد شده در جهت تعیین برازندگی در الگوریتم ژنتیک استفاده شده است.
در الگوریتم حاضر هدف بهینه کردن سه پارامتر دمای عملکردی پیل سوختی، فشار سمت آند و فشار سمت کاتد است. برای اینکه بتوان دقت قابل قبولی از رفتار پیل سوختی در ازای مقادیر مختلف پارامترها داشت، دامنه ۵/۰ تا ۵ بار فشار آند و فشار کاتد به ۹ قسمت تقسیم شده است. به عبارت دیگر گام حرکتی برای فشارهای جزیی ۵/۰ بار در نظر گرفته شده یعنی مقادیر مشخص ۵/۰، ۱، ۵/۱، ۲ … ۵ بار به عنوان مقادیر فشار آند و فشار کاتد وارد جدول Lookup Table شده است و همچنین با تقسیم بازه دما به ۱۲ قسمت و در نظر گرفتن گام ۱ درجه سانتی گراد برای دما، مقادیر ۶۸، ۶۹،۷۰ و … ۸۰ درجه سانتی گراد در جدول فوق وارد شده است. حال نوبت آن است به ازای ترکیبهای مختلف از مقادیر پارامترها حل تحلیلی را مورد استفاده قرار داده و ماکزیمم مقدار توان را به عنوان مقدار برازندگی در جدول فوق وارد کرد. مقادیر بیشینه توان ها به ازای مقدارهای مختلف پارامتر ها در جداول فصل پنجم بصورت کامل آورده شده است. برنامه کامپیوتری الگوریتم نخبه گرای مورد استفاده که از Lookup Table در سیمولینک مطلب به عنوان تابع ارزیابی استفاده می کند در پیوست ۱ آورده شده است. شکل (۳-۸) بلوک دیاگرام به کار گرفته شده برای دمای ۶۸ تا ۸۰ درجه سانتی گراد و فشار ۰.۵ تا ۵ بار و فقط فشار ۵ بار را نشان می دهد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

شکل (۳-۸) بلوک دیاگرام مورد استفاده درفشار جزیی آند ۵ بار
در پیوست ۲ منحنی های دو بعدی و سه بعدی به دست آمده برای بیشینه توان برحسب فشار کاتد و دماهای مختلف و در فشارهای ثابت سمت آند نشان داده شده است.
۳-۴-۶ دلیل انتخاب ۳ پارامتر حاضر جهت بهینه‌سازی
پارامترهای عملکردی منحصر به سه پارامتر دمای کارکردی پیل سوختی، فشار آند و فشار کاتد نمی‌شوند و پارامترهای دیگری نیز در این زمره قرار می‌گیرند، ولی بدلیل محدودیت توانایی نرم‌افزار مورد استفاده جهت حل تحلیل فقط به بهینه‌سازی سه پارامتر فوق پرداخته شده است.
فصل چهارم:
معرفی نرم افزار پیل سوختی پلیمری
۴-۱ مدلسازی پیل سوختی پلیمری با بهره گرفتن از حل تحلیلی
مدل دو بعدی (۱+۱بعدی) برای شبیه سازی رفتار جریان در کانالها و MEA استفاده شده است. این مدل، معادلات حاکم در راستای کانال را برای بدست آوردن غلظت، سرعت و توزیع فشار حل میکند، همچنین معادلات در راستای عمود بر غشا را نیز حل کرده و سپس منحنی پلاریزاسیون را ایجاد می کند. معادلات حاکم در هر بخش در زیر تشریح شده است.
۴-۱-۱ مدلسازی کانال
تغییر سرعت و تغییر غلظت در راستای کانال بصورت خطی در نظر گرفته شده است، بنابراین برای جریان آرام و تک فازی خواهیم داشت :
(۴-۱)
در جاییکه سرعت متوسط در کانال است و شار مولی بین کانال و غشای پلیمری است، همچنین و به ترتیب ارتفاع کانال و چگالی مخلوط گازی هستند. با در نظر گرفتن معادلات برای هر دو سمت آند و کاتد، معادلات تک فازی برای هر بخش عبارتند از :
(۴-۲)
در معادله فوق غلظت مولی و یک شمارنده برای ماده موجود در هر طرف میباشد (هیدروژن در سمت آند و اکسیژن و بخار آب در سمت کاتد). طرف راست رابطه (۴-۲) اثر نفوذ در سطح مشترک کانال و لایه پخش کنندهی گازی را نشان میدهد. ضریب میتواند با رابطه (۴-۳) تخمین زده شود.
(۴-۳)
در رابطه (۴-۳) عمق کانال و عدد شروود است، همچنین ضریب نفوذ موثر سیال از کانال به سمت لایه پخش کننده گازی است.
۴-۱-۲ مدلسازی MEA
مدل یک بعدی برای شبیه سازی رفتار جریان گاز و اختلاف غلظت در مجموعه غشا در نظر گرفته شده است، لذا با فرض جریان تک فازی، معادله پیوستگی منجر به رابطه (۴-۲) می شود.
(۴-۲)
نرخ مصرف در لایه کاتالیست است و برابر است با :
در سمت آند (۴-۵)
در سمت کاتد(۴-۶)
نرخ مصرف هر ماده برابر است با :
(۴-۷)
(۴-۸)
در سمت آند (۴-۹)
در سمت کاتد (۴-۱۰)
ضریب خالص انتقال آب از غشا میباشد. نرخ جریان گاز در واحد سطح برابر است با
(۴-۱۱)
همچنین از معادله دارسی خواهیم داشت :
(۴-۱۲)