Yüksek basınçlı polimer elektrolit membran elektrolizörlerden üretilen hidrojenin depolanması için kriyojenik yakıt tankının yapısal tasarımı ve analizi
Structural design and analysis of cryogenic fuel tank for storage of hydrogen produced from high-pressure polymer electrolyte membrane electrolyzers
- Tez No: 930046
- Danışmanlar: PROF. DR. NESRİN KAYATAŞ DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Sıvı Hidrojen Depolama, Kriyojenik Yalıtım, Yüksek Basınçlı PEM Elektrolizör, Liquid Hydrogen Storage, Cryogenic Insulation, High Pressure PEM Electrolyzer
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hidrojen yüksek enerji yoğunluğuna sahip temiz bir enerji taşıyıcısıdır. Şu anda hidrojen kullanımının önündeki en büyük engel, depolama teknolojilerindeki yetersizliktir. Sıvı hidrojen depolama H2 gazının kaynama noktasının altında bir sıcaklığa soğutulduğu bir hidrojen depolama teknolojisidir. Bu çalışmada, yüksek basınçlı PEM (proton değişim membran) elektrolizör kullanılarak üretilen hidrojenin depolanması için sıvı hidrojen tankının tasarımı ve analizi gerçekleştirilmiştir. Sıvı hidrojen tankının ve yüksek basınçlı PEM elektrolizörün CAD (bilgisayar destekli tasarım) modeli Autodesk Inventor yazılımında oluşturulmuştur. Tasarımı gerçekleştirilen tankın yapısal kararlılığını ve mekanik performansını gözlemlemek için Msc Nastran yazılımında yapısal analizler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca sıvı hidrojen tankının performansını belirlemek amacıyla Ansys yazılımı içerisinde termal analizler gerçekleştirilmiştir. Yapısal analiz sonucunda elde edilen eksenel, çevresel ve von-Mises gerilim değerleri sırasıyla 69.4 MPa, 21.2 MPa ve 67.1 MPa olarak bulunmuştur. Tasarımda ana malzeme olarak kullanılan paslanmaz çelik 316'nın akma dayanımının 240 MPa olduğu göz önünde bulundurulduğunda elde edilen gerilim değerlerinin düşük olduğu yani tankın mekanik yapısının güvenli bir şekilde tasarlandığını ve çalışma şartlarında güvenilir bir performans sergileyeceğini ortaya koymaktadır. Termal analizler sonucunda, tank içerisindeki basınç artışının saatte 0.38 bar olduğu görülmüştür. Ayrıca, tank içerisindeki sıvı hidrojenin sıcaklığının saatte 0.47 K arttığı ve 24 saat sonunda 20 K'den 31.3 K'e yükseldiği sonucuna ulaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
Hydrogen is a clean energy carrier with high energy density. The biggest obstacle to hydrogen use at present is the lack of storage technologies. Liquid hydrogen storage is a hydrogen storage technology in which H2 gas is cooled to a temperature below its boiling point. In this study, the design and analysis of a liquid hydrogen tank for the storage of hydrogen produced using a high-pressure PEM (proton exchange membrane) electrolyzer was carried out. The CAD (computer aided design) model of the liquid hydrogen tank was created in Autodesk Inventor software. Structural analysis was performed in Msc Nastran software to observe the structural stability and mechanical performance of the designed liquid hydrogen fuel tank. Additionally, thermal analyses were carried out within Ansys software to determine the performance of the liquid hydrogen tank. The axial, hoop and von-Mises stress values obtained as a result of the structural analysis were found to be 69.4 MPa, 21.2 MPa and 67.1 MPa, respectively. Considering that the yield strength of stainless steel 316 used as the main material in the design is 240 MPa, it reveals that the obtained stress values are low, meaning that the mechanical structure of the tank is designed safely and will exhibit reliable performance under operating conditions. As a result of thermal analysis, it was observed that the pressure increase in the tank was 0.38 bar per hour. In addition, it was concluded that the temperature of the liquid hydrogen in the tank increased by 0.47 K per hour and rose from 20 K to 31.3 K after 24 hours.
Benzer Tezler
- Simulation of an innovative flow-field design based on a bio-inspired pattern for pem water electrolysis
Pem su elektrolizi için biyolojiden ilham alan bir desen tabanlı yenilikçi akış alanı tasarımının simülasyonu
MOHAMMAD NASER ALOBEID
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELAHATTİN ÇELİK
- Modelling of thermal and water management in automotive polymer electrolyte membrane fuel cell systems
Otomotiv polimer membran elektrolit yakıt hücresi sistemlerinin ısıl ve su yönetiminin modelenmesi
ABDULRAZZAK AKROOT
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖZGÜR EKİCİ
- Nükleer hidrojen üretimi ve üretilen hidrojenin polimer elektrolit membranlı yakıt hücrelerinde uygulaması
Nuclear hydrogen production and application on polimer electrolyte membran fuel cell of produced hydrogen
GÜLŞAH ÖZIŞIK
Doktora
Türkçe
2012
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN YAPICI
- Effects of porous transport layers on the performance of PEM water electrolyzers
Gözenekli taşıyıcı tabakaların PEM su elektrolizörlerinin performansına etkisi
DENİZ BUSE ALTINDAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET SUHA YAZICI
- PEM yakıt pillerinin modellenmesi ve simülasyonu
Modeling and simulation of PEM fuel cells
ÜMİT UYSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
EnerjiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELİM SİVRİOĞLU