27300

مطالعه تجربي و عددي پارامترهاي موثر بر سنسورهاي مبتني بر پيل هاي سوختي ميكروبي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- تبديل انرژي

1398

1401/4/25

مهدي مقيمي

مهندسي مكانيك

پاياننامه حاور به بررسي پارامترهاي مؤثر بر پيل هاي سوتتي ميكروبي در ابعاد ميكرو مي پردا د كه ت كيد بر كاربرد آن ها در سنوورهاي يوتي مي باشد . در ابتداب با مرور مطاهعان صورن گرفته در اين مينهب به مطاهعه و شناتت پارامترها پرداتته شد و س پس پارامترهاي مؤثرتر جهت مطاهعه عددي انت اب شدند. پارامترهاي عددي موثر بر عملكرد و با دهي عبارتند ا : دماي عملياتيب مقاومت تارجيب نوع سابوترب نوع ميكروارگانيومب غلظت هاي ميكروارگانيوم و سابوترب ارتفاع )شعاع هيدروهيكيي ميكروكانالب دبي ورودي به ميكروكانال و مواحت سطح اهكترودها. نتايج عددي با اس تفاده ا برنامه نويوي در نرم افزار متلب براساس مدل رياوي صورن گرفت و سپس بهينه سا ي تابع چگاهي توان يك بار با استفاده ا اهگوريتم ژنتيك و بار ديگر با استفاده ا تركيب شبكه عصبي و اهگوريتم بهينه سا ي ا دحام جمعيت انجام شد كه چگاهي توان 2430 وان بر متر مكعب را بدست داد. درنهايتب يك مطاهعه تجربي نيز به منظور صحت سنجي نتايج عددي انجام گرفت. آ مايشهاي انجام شده براي چند مواحت سطح آند م تلو )4/0ب 2/1 و 2 سانتيمتر مربعي ب چند ارتفاع ميكروكانال م تلو )5/0ب 8/0 و 1 ميليمتري ب با ه دمايي محيا بين 275 تا 315 كلوينب و رساناييهاي اهكتريكي ميكروب و سابوتر م تلوب سه نوع باكتري م تلوب غلظت هاي متفاون ميكروارگانيوم و سابوترب دبي هاي ورودي م تلو و مقاومت تارجي م تلو )1 -100 كيلو اهمي انجام شد. نتايج تجربي با درصد تطاي كمتر ا 10 %با نتايج عددي ت ييدي بر صحت شبيه سا ي و آ مايشهاي صورن گرفته بود. همچنين وهتاژ مدار با بيشينه ثبت شده 61/0 وهت بود كه نوبت به مطاهعان مشابه بيش ا 10 %افزايش را نشان مي دهد.

1401/08/13

Numerical and experimental study on the effective parameters upon microbial fuel cell-based biosensors

7/16/2023 12:00:00 AM

The current thesis examines the effective parameters on micro-sized microbial fuel cells, emphasizing their application in bio-sensors. At first, by reviewing the studies conducted in this field, the parameters were studied and identified, and then the most effective parameters were selected for numerical study. Numerical parameters affecting performance and efficiency are: operating temperature, external resistance, type of substrate, type of microorganism, concentrations of microorganism and substrate, height (hydraulic radius) of the microchannel, flow rate entering the microchannel and surface area of the electrodes. Numerical results were executed using programming in MATLAB software based on mathematical model, and then power density function was optimized, once using genetic algorithm and again using combination of neural network and particle swarm optimization, and the power density of 2430 W/m3 was obtained. Finally, an experimental study was also conducted in order to verify the accuracy of the numerical studies. Experiments performed for several different anode surface areas (0.4, 1.2, and 2 cm2), several microchannel heights (0.5, 0.8, and 1 mm), ambient temperature range between 275 and 315 K, and Electrical conductivities of different microbes and substrates, three different types of bacteria, different concentrations of microorganisms and substrates, different input flow rates, and different external resistance (1-100 kΩ). Experimental results with an error percentage of less than 10% with numerical results confirm the accuracy of both simulation and experiments. Also, the maximum open circuit voltage recorded is 0.61 V, which shows an increase of more than 10% compared to similar studies.

سابستر , چگالي جريان , چگالي توان , ميكروارگانيسم , پيل سوختي ميكروبي , بايوسنسور

substrate , current density , power density , microorganism , Microbial fuel cell , Biosensor

Adib Mahmoodi Nasrabadi

Mahdi Moghimi