فهرست:
فصل اول: 1
1-1 پیش گفتار 2
1-2 پیل سوختی چیست ؟ 2
1-3 بهینه سازی پارامترهای پیل سوختی پلیمری 4
1-3-1 بهینه سازی پارامترهای فرآیندی 4
1-3-2 بهینه سازی در طراحی و ساخت پیل 5
1-4 پژوهشهای انجام شده در مورد بهینه سازی پارامترهای فرآیندی پیل سوختی پلیمری 6
1-5 بهینه سازی پارامترهای فرآیندی پیل سوختی پلیمری 8
فصل دوم: 11
2-1 تاریخچه مختصری از پیلهای سوختی 12
2-2 انواع پیلهای سوختی : 15
2-2-1 پیلهای سوختی آلکالینی 16
2-2-2 پیلهای سوختی پلیمری 16
2-2-3 پیلهای سوختی اسید فسفریکی 16
2-2-4 پیلهای سوختی کربنات مذاب 17
2-2-5 پیلهای سوختی اکسید جامد 17
2- 3 طریقه عملکرد پیل سوختی پلیمری 17
2-4 اهمیت نیازمندی به پیلهای سوختی 20
2-4-1 بازدهی بالا 20
2-4-2 تنظیم سیستم بر حسب نیاز 20
2-4-3 سازگاری با قوانین محیط زیست 20
2-4-4 انعطاف پذیری نسبت به سوخت 21
2-4-5 افزایش تولید و کاهش توزیع 21
2-4-6 عدم نیاز به تعمیر 21
2-4-7 عدم انتشار یا حداقل پراکندگی انرژی 21
2-4-8 سادگی ساختار 22
2-4-9 سایز و ابعاد کوچک 22
2-5 کاربردهای پیل سوختی 22
2-5-1 سیستمهای قدرت 23
2-5-2 سیستمهای حمل‌ونقل 24
2-5-3 سیستمهای پرتابل 24
2-5-4 دستگاه‌های صوتی و تصویری 24
2-5-5 سیستمهای نظامی 24
فصل سوم: 25
3-1 مقدمه 26
3-2 پیدایش الگوریتم ژنتیک 27
3-3 الگوریتم ژنتیک 28
3-3-1 عملگرهای اصلی GA 29
3-3-1-1 روشهای کدگذاری 29
3-3-1-2 جمعیت اولیه 31
3-3-1-3 تابع برازندگی 32
3-3-1-4 انتخاب 32
3-3-1-4-1 انتخاب چرخ گردان (RWS) 33
3-3-1-4-2 انتخاب رقابتی 34
3-3-1-5 ادغام 35
3-3-1-6 جهش 37
3-3-1-6-1 احتمال جهش )) 38
3-3-1-7 سایر عملگرهای ژنتیکی 38
3-3-2 الگوریتم ژنتیک با نخبه سالاری ساده 38
3-3-3 روشهای جایگزینی 39
3-3-4 معیار همگرایی 40
3-3-5 معیار عملکرد 41
3-3-6 تفاوت GA با روشهای مرسوم بهینه‌سازی ]21[ 41
3-3-7 نقاط قوت GA 42
3-3-8 نقاط ضعف GA 42
3-3-9 در چه مواقعی از GA استفاده میشود 43
3-3-10 کاربردهای GA 43
3-4 بهینه سازی پارامتر های فرآیندی پیل سوختی با استفاده از الگوریتم ژنتیک 44
3-4-1 استفاده از حل تحلیلی در الگوریتم ژنتیک حاضر 44
3-4-1-1 استفاده از آزمایشات عملی 45
3-4-1-2 استفاده از حلCFD 46
3-4-1-3 استفاده از حل تحلیلی 46
3-4-2 تعریف تابع برازندگی 47
3-4-3 برنامه نویسی در محیط Manuscript File نرم افزار MATLAB 48
3-4-4 استفاده از الگوریتم ژنتیک نخبه گرا 48
3-4-4-1 کدگذاری مقادیر پارامترها 48
3-4-4-2 انتخاب تعداد جمعیت اولیه و تعداد نسل ها 49
3-4-4-3 اعمال اپراتور پیوند و جهش در الگوریتم ژنتیک حاضر 50
3-4-5 استفاده از Lookup Table در محیط MATLAB Simulink 50
3-4-6 دلیل انتخاب 3 پارامتر حاضر جهت بهینه‌سازی 52
فصل چهارم: 53
4-1 مدلسازی پیل سوختی پلیمری با استفاده از حل تحلیلی 54
4-1-1 مدلسازی کانال 54
4-1-2 مدلسازی MEA 55
4-1-3 متدولوژی حل معادلات 57
4-2 معتبر سازی مدلسازی با آزمایشات عملی 57
4-3 پارامترهای ثابت مدلسازی 61
فصل پنجم: 62
5-1 مقادیر برازندگی های به دست آمده از حل تحلیلی 63
5-2 اجرای الگوریتم ژنتیک لینک شده با MATLAB Simulink 63
5-3 تاثیر دما بر عملکرد پیل سوختی 65
5-4 تاثیر فشار بر عملکرد پیل سوختی 66
5-5 اهمیت فشار آند نسبت به فشار کاتد 67
5-6 نمودارهای سه بعدی دما-فشار 70
فصل ششم: 72
6-1 نتیجه گیری 73
6-2 پیشنهادات 74
فهرست مراجع 75
پیوست الف 78
برنامه MATLAB لینک شده با MATLAB Simulink 78
پیوست ب 84
جداول Simulink و منحنی های دو بعدی و سه بعدی بیشینه توان 84
منبع:
[1] Soleyman K, Akyalcin L. Optimization of parametric performance of a PEMFC. J Hydrogen Energy 2007;32:4418-23.
[2] Barbir F. PEM Fuel cells: theory and practice. . University of Connecticut. ISBN: 0-12-078142-5, 2005.
[3] Beattie PD, Basura VI, Holdcroft S. Temperature and pressure dependence of O2 reduction at Pt|Nafion(R) 117 and Pt|BAM(R) 407 interfaces. J Electroanal Chem 1999;468:180-92.
[4] Cappadonia M, Erning JW, Saberi SMS, Stimming U. Conductance of Nafion 117 membranes as a function of temperature and water content. J Solid State Ionics 1995;77:65-9.
[5] Sridhar P, Perumal R, Rajalakshmi M, et. al. Humidification Studies on Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell. J Power Sources 2001;101:72-8.
[6] Wang L, Husar A, Zhou T, Liu H. A parametric study of PEM fuel cell performances. J Hydrogen Energy 2003;28:1263-72.
[7] Hyun D, Kim J. Study of external humidification method in proton exchange membrane fuel cell. J Power Sources 2004;126:98-103.
[8] Hwang JJ, Hwang HS. Parametric Studies of Double-Cell Stack of PEMFC Using Grafoil Flow-Field plates. J Power Sources 2002;104:24-32.
[9] Ferng YM, Tzang YC, Pei BS, et. al. Analytical and experimental investigations of a proton exchange membrane fuel cell. J Hydrogen Energy 2004;29:381-91.
[10] Santarelli MG, Torchio MF. Experimental analysis of the effects of the operating variables on the performance of a single PEMFC. J Energy Convers Manage 2007;48:40-51.
[11] Ticianelli EA, Derouin CR, Supramaniam Srinivasan. Localization of platinum in low catalyst loading electrodes to attain high power densities in SPE fuel cells. J Electroanal Chem 1988;251:275-95.
[12] Wahdame B, Candusso D, Kauffmann JM. Study of gas pressure and flow rate influences on a 500W PEM fuel cell, thanks to the experimental design methodology. J Power Sources 2006;156:92-9.
[13] Marr C, Li X. Composition and performance modelling of catalyst layer in a proton exchange membrane fuel cell. J Power Sources 1999;77:17-27.
[14] Jordan LR, Shukla AK, Behrsing T. Diffusion layer parameters influencing optimal fuel cell performance. J Power Sources 2000;86:250-4.
[15] Motupally s, Becker AJ, Weidner JW. Diffusion of Water in Nafion 115 Membranes. J Electrochem. soc. 2000;147:3171-7.
[16] You L, Liu H. A parametric study of the cathode catalyst layer of PEM fuel cells using a pseudo-homogeneous model. J Hydrogen Energy 2001;26: 991-9.
[17] Gurau V, Barbir F, Liu H. An Analytical Solution of a Half-Cell Model for PEM Fuel Cells. J Electrochem. Soc. 2000;147:2468-77.
[18] You L, Liu H. A two-phase flow and transport model for the cathode of PEM fuel cells. J Heat and Mass Transfer 2002;45:2277-87.
[19] مهدی، علیرضا، مقدمه ای بر الگوریتم های ژنتیک وکاربردهای آن، انتشارات ناقوش اندیشه، ISBN : 964-377-241-1 ، چاپ دوم، 1386
[20] Garcia S. Experimental design optimization and thermophysical parameter estimation of composite materials using genetic algorithms, Ph. D. thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, 1999.
[21] Krottmaier J. Optimizing Engineering Designs, McGraw-Hill, London, 1993.
[22] Philipps SP, Ziegler C. Computationally efficient modeling of the dynamic behavior of a portable PEM fuel cell stack. J Power Sources 2008;180:309-21.
[23] Sui PC, Kumar S, Djilali N. Advanced computational tools for PEM fuel cell design Part 2. Detailed experimental validation and parametric study. J Power Sources 2008;180:423-32.
[24] Mohamed I, Jenkins N. Proton exchange membrane (PEM) fuel cell stack configuration using genetic algorithms. J Power Sources 2004;131:142-6.
[25] Wang ZH, Wang CY. Mathematical Modeling of Liquid-Feed Direct Methanol