Contribution à la modélisation tridimensionnelle du comportement termo fluidique d'une cellule de pile à combustible à membrane échangeuse de protons

par Jean-Paul M'batna

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur

Sous la direction de Jean-Marie Kauffmann.

Soutenue en 2009

à Belfort-Montbéliard .

mots clés

• Modélisation
• Transferts thermiques
• Fluides
• Géométrie réelle
• Fluent
• Piles à combustible à membrane échangeuse de protons
• Modélisation tridimensionnelle
• Transfert de chaleur

Résumé

Les systèmes piles à combustible sont intégrés dans un ensemble d'auxiliaires qui présentent des contraintes au fonctionnement de ceux-ci. Afin d'envisager un bon fonctionnement, il faut arriver à mieux contrôler ces auxiliaires en éliminant le maximum possible ces contraintes. La modélisation est de plus en plus envisagée pour y apporter une réponse. Parmi ces différents types de modélisations, il y a celle qui consiste à traiter le problème de la gestion de l'eau, principale cause de noyage de sites réactionnels ds électrodes de piles. Une telle approche ne peut se faire sans difficulté car elle nécessite le couplage de plusieurs équations. Par utilisation d'un code CFD FLUENT, nous abordons dans une configuration réelle un type de modèle pouvant nous permettre d'apporter une réponse au problème posé par l'état hybride de la cellule. Cela consiste en la détermination de certains paramètres de transfert au coeur de la pile comme la température de la cellule, l'humidité relative, les pressions partielles ainsi que les débits molaires des constituants.

Résumé

The fuel cell systems are integrated into a set of auxiliary constraints that are operating them. To consider a good performance, it is necessary to better control these aids in eliminating the maximum such constraints. Modeling is increasingly considered to provide an answer. Among these different types of models, there is that which is to treat the problem of water management, the main cause of flooding of sites reactive electrodes batteries. Such an approach can not be done without difficulty because it requires the coupling of several equations. By using a CFD code FLUENT, we deal in a real configuration of a type of model that can enable us to provide an answer to the problem of water status of the cell. This consists of determining some parameters of transfer at he heart of the battery as the cell temperature, relative humidity, partial pressures and the molar flow components.