View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5.2 Einfluss der Stackgeometrie und der Betriebsparameter auf die Medienverteilung 101
Wie die Ergebnisse der Variation von Kanalbreite und –höhe vermuten lassen, hat die
Änderung der Manifoldfläche einen vergleichbar großen Einfluss auf die Medienverteilung. Bei
der Berechnung ist das Seitenverhältnis entsprechend dem des Referenzdesigns konstant. Bei
einer Verringerung der Kanalflächen des Referenzdesigns um 66 % steigt V ɺ * um 21 Prozentpunkte
auf 24,4 %, während eine 66 %-ige Vergrößerung zu einer Verbesserung um 2 Prozentpunkte
führt.
Der Abstand zwischen zwei Zellen hat einen unwesentlichen Einfluss auf die Medienverteilung.
In dem betrachteten Variationsbereich beträgt die Änderung des Grades der Ungleichverteilung
weniger als 1 Prozentpunkt.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass ein im Vergleich zu den Druckverlusten in den
Manifolds hoher Zelldruckverlust eine gleichmäßige Medienverteilung im Stack bewirkt. Somit
kann die Medienverteilung effektiv entweder durch eine geringe Strömungsleitfähigkeit in den
Zellen oder durch eine große Manifoldfläche homogenisiert werden. Da die Strömungsleitfähigkeit
gewöhnlich durch eine Optimierung der Zellströmungsstruktur vorgegeben ist und bezüglich
des Gesamtsystemwirkungsgrades möglichst gering sein sollte, erfolgt die Bestimmung der
Medienverteilung durch die Wahl der Manifoldgeometrie.
Grad der Ungleichverteilung (V*) [%]
.
10
8
6
4
2
0
A
A
V
0,4
0,5
V , Ref
0,6
=
0,8
1
Referenzdesign
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
A S/A V (mit A V =konst) [-]
V* [%]
.
10
8
6
4
2
0
A V =A V, Ref.
A S =A S, Ref.
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
A S
/ A V
[-]
Bild 5.10: Grad der Ungleichverteilung als Funktion des Manifoldflächenverhältnisses
Alle bisherigen Betrachtungen gehen von einer identischen Verteiler- und Sammlerkanalgeometrie
aus. Die Medienverteilung kann neben den in der Sensitivitätsanalyse identifizierten
Parametern auch stark durch das Flächenverhältnis der beiden Manifolds zueinander beeinflusst
werden. Das in Bild 5.10 eingefügte Diagramm zeigt, wie die Medienverteilung in dem U-
förmig durchströmten Zellstapel von dem Flächenverhältnis abhängt. Das Flächenverhältnis
wird variiert, während entweder die Verteiler- oder die Sammlerkanalgeometrie der des Referenzmanifolds
entspricht. Das Referenzdesign befindet sich bei dem Kanalflächenverhältnis