NantilusEtude hydraulique en coeur de pile à combustible PEMFC : transport éruptif et oscillateur capillaire
Cette thèse porte sur l'étude du transport de l'eau du côté cathodique de la pile à combustible de type PEM (Proton Exchange Membrane). Dans une pile à combustible de type PEM, l'eau produite lors de la réaction chimique doit être évacuée afin de laisser un accès aux gaz. Elle doit ég...
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| Format : | Thèse ou mémoire |
| Langue : | français |
| Titre complet : | Etude hydraulique en coeur de pile à combustible PEMFC : transport éruptif et oscillateur capillaire / Gaëlle Flipo; sous la direction de Jérôme Bellettre ; co-directeur de thèse Bruno Auvity ; encadrant de thèse Christophe Josset |
| Publié : |
2015 |
| Description matérielle : | 1 vol. (164 p.) |
| Note de thèse : | Thèse de doctorat : Sciences de l ingénieur, mécanique des fluides : Nantes : 2015 |
| Disponibilité : | Publication autorisée par le jury |
| Sujets : | |
| Documents associés : | Reproduit comme:
Etude hydraulique en coeur de pile à combustible PEMFC |
| Résumé : | Cette thèse porte sur l'étude du transport de l'eau du côté cathodique de la pile à combustible de type PEM (Proton Exchange Membrane). Dans une pile à combustible de type PEM, l'eau produite lors de la réaction chimique doit être évacuée afin de laisser un accès aux gaz. Elle doit également permettre à la membrane proche des sites de réaction d'être suffisamment humide pour que le transport des protons vers ces sites soit possible. Le transport de l'eau est donc un élément clé pour l'optimisation et la stabilité des performances d'une pile. Un dispositif expérimental est développé afin d'acquérir de façon synchronisé des signaux de pression et des images. Ce banc permet l'observation de différents écoulements sortant d'une GDL ou dans les canaux de distribution des gaz ainsi que la formation éruptive de gouttes à la sortie d'un capillaire. Une étude ex situ sur l'évacuation de l'eau pour deux mouillabilités de parois est menée. Les débit d'eau et d'air utilisés sont représentatifs d'une application pile à combustible. Cette étude permet de mettre en évidence les différents régimes d'écoulements (bouchons, gouttelettes, films) observés dans chaque situation. Un modèle numérique décrivant les mécanismes physiques qui gouverne le transport éruptif des gouttes au sein et à la sortie de la GDL (Gaz Diffusion Layer), qui est un milieu poreux, est proposé. Ce modèle est composé de quatre équation : la loi de Laplace, une loi de compressibilité, des pertes de charge et une fonction géométrique pour le calcul du volume des gouttes. Il permet de reproduire la dynamique éruptive d'éjection des gouttes et de mettre en évidence les volumes stockés ou échangés entre deux capillaires couplés. This work focuses on water management of the cathode side in PEM fuel cell (Proton Exchange Membrane). In PEM fuel cell, water which is produced by the chemical reaction must be removed to allow access to the reaction gases. In the same time, the membrane close to this reaction sites must be wet enough to allow transport of proton to this sites. The water management is a crucial point to achieve good performances and temporal stability of performances. A dedicated experimental ex situ apparatus has been developed in order to record simultaneously pressure signal and flow visualisation. Flow pattern in distribution channel and eruptive droplet formation at the exit of a capillary are observed owing to this experimental setup. An ex situ study has been lead with two different wall wettability. On each tests, water and air flow rate are representative of a fuel cell application. This study helps to highlight the different flow pattern (slugs, droplets, films) observed in each situation. A numerical model has been developed in order to describe the physics which is governing the droplet eruptive transport through and at the exit of the GDL (Gas Diffusion Layer), which is a porous media. The model is composed by four equations: Laplace law, a compressibility law, pressure loses and a geometrical function, for the droplet volume calculation. The eruptive dynamic of droplet ejection is well reproduced by the model. Volumes which are stocked or exchanged between two coupled capillaries are highlighted. |
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| Variantes de titre : | Hydraulic study in PEM fuel cell: eruptive transport and capillary oscillator |
| Notes : | Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur, Géosciences, Architecture (SPIGA) (Nantes) Partenaire de recherche : Laboratoire de thermocinétique (Nantes) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Christophe Dumouchel (Président du jury) ; Sophie Didierjean (Membre du jury) ; Marc Prat, Valérie Sartre (Rapporteurs) |
| Bibliographie : | Bibliogr. p.157-163 |