新能源汽车锂动力电池热模型及仿真研究

本文基于一款常用三元锂动力电池建立电池三维热模型,通过数值模拟的仿真研究方法,得出了电池单体温度场仿真结果。结果显示,随着放电倍率提高,电池的温升速率、最高温度和最大温差都有不同程度的增加,以前后表面进行换热时,电池的最高温度最小。     

三维后向台阶不同宽高比对流动传热特性影响

建立三维非稳态数值模型对中低雷诺数下三维后向台阶不同宽高比的流动与传热特性进行了数值模拟研究。采用有限容积法对控制方程进行空间离散,模拟出三维后向台阶内流场及温度场。结果表明,数值模拟结果与先前的实验结果具有较好的一致性。随着宽高比AR不断地增大,最大时均努赛尔数值不断增大且之间的差值越小,同时最大时均努赛尔数在x方向位置不断向台阶下游移动,在z方向位置几乎保持不变。当雷诺数Re=1100,宽高比AR=8时,底面传热得到强化;宽高比AR=4时,底面传热效果较差。     

改善镍氢动力电池包温度均匀性的研究

新能源汽车电池包内温度不均匀严重影响动力电池的电化学性能、循环寿命、安全性和使用可靠性,将电池包内温差控制在5℃内对上述关键技术问题的解决至关重要。文章主要通过UG软件绘制电池包三维几何模型,使用CFX软件对温度场进行仿真模拟,并通过试验进行验证。仿真结果表明,原方案中电池包内最大温差为12.7℃;优化方案1包内的最大温差为7.5℃;优化方案2的最大温差6.5℃;优化方案3最大温差4.3℃。试验结果表明,原方案最大温差为12℃;优化方案3最大温差为5℃。计算得原方案温差的试验与仿真结果相似度为94.5%,优化方案3的相似度为86%。综合考虑,优化方案3的结构设计符合要求。     

基于动态内热源特性的车用锂离子动力电池温度场仿真及试验

针对电动汽车动力电池在充放电工作过程中由于热量聚集而导致的温度场非均匀性问题,采用数值仿真与试验相结合的方法,基于电池内阻温升特性,考虑耦合正负极耳的热影响,建立生热速率的时变内热源模型,获得更加精确的电池温度场分布及其动态变化规律,并深入进行温度一致性分析。以某车用锂离子动力电池为样本,对电池单体及模块分别进行温升计算和三维温度场分析及相应的测试试验。结果表明:同一充/放电倍率下,放电温升明显大于充电温升,且电池最大温差随着倍率的增大而增大;电池的温升是一个随时间先增大后恒定的非线性变化过程,且随着放电倍率的增大电池温升速率越大;电池模块温度场并非电池单体温度场的简单叠加,且在相同充放电倍率下电池模块的热一致性不如电池单体。     

基于储热释放的方形锂电池内部热参数测试

方形锂电池是卷芯和外壳组成的非均质结构,卷芯导热系数及其与外壳换热系数是影响散热的关键参数,目前缺乏直接测试方法。提出利用电池储热构造热源,通过冷却面温度变化触发非稳态传热,使用热成像记录外壳温度沿传热方向空间分布及其时间演变,代入三维非稳态传热反演模型,同时计算卷芯面向、纵向导热系数,以及卷芯与外壳底部、最大面换热系数。搭建测试装置,对两种方形锂电池进行多次实验检验重复性,卷芯导热系数测试相对标准差在5%～10%之间,对3种非均质标准样品测试检验准确性,相对偏差小于5%。该方法提供一种适用于非均质样品传热特性实验评估的手段,修改样品模型后也可用于圆柱形锂电池等其他非均质样品。     

电磁加热硫化热板的方案设计

针对目前硫化设备中热板耗能严重的问题,提出一种由缠绕磁芯组合排布的电磁加热方案替代原有热板的加热方式。为此设计正三角形和正方形两种缠绕磁芯排布方案,通过模拟确定单个缠绕磁芯的涡流产生范围,并采用实验研究,对两种排布形式作用于热板的升温情况、达到稳态时的周向温度分布、径向温度分布以及加热区域内温度分布的离散度进行了研究,结果显示加热方案在传热区具有较小的周向温差与径向温差,合理设定的排布距离和缠绕磁芯个数可以有效的减小温度的离散程度,有利于形成均匀的温度场,为电磁加热在热板上的改造与应用做出了一定参考。     

顶燃式热风炉的数值模拟研究

使用数值模拟的方法,基于非平衡双能量方程,研究了顶燃式热风炉的非稳态炉内燃烧、速度场及炉内烟气与格子砖的传热过程,计算得到炉内的火焰燃烧温度、格子砖温度场、烟气出口温度、热风出口温度,以此建立了一个顶燃式热风炉数字化计算模型。通过设定入口、出口及壁面边界条件,可以便捷地得到炉内温度场、速度场等计算结果,有助于对热风炉设计参数、生产操作参数进行调整与优化,通过选择合理的参数,保证传热系统的稳定、高效。     

高频感应钎焊硬质合金刀具温度场分布规律

基于三维瞬态温度场理论模型进行高频感应钎焊硬质合金刀具三维瞬态温度场模拟分析,分别研究在快速加热、最大温度恒温加热和降温阶段的温度场分布规律。研究结果表明:在快速加热阶段,温度是由刀具感应面向内部进行传递,并且内、外层具有较大的温差;在最大温度恒温加热阶段,当感应加热到最大焊接温度690℃时,内部温度还没有达到预期的最大加热温度;在降温阶段,温度由刀具内部向外表面部传递,并且内、外层温差较大。研究结果为焊接硬质合金刀具残余热应力研究提供参考,为提高焊接式硬质合金刀具质量提供指导。     

动力电池组液冷散热仿真与实验研究

以某三元软包锂电池组成的实车电池组作为研究对象,采用一种基于口琴管的液冷方案,用COMSOL Multiphysics软件模拟研究冷却电池组的温度分布.得出结论:基于口琴管的动力电池组的液冷方案,在电池1C倍率放电结束后,测点最高温度为43.2℃,单体电池之间的最大温差为0.9℃,可以同时满足电池所需的降温和均温要求.通过实验对数值模拟进行验证,此方案能满足动力电池在正常温度范围内工作.     

铣刀体切削三维温度场的构建

获得铣刀切削态下的三维温度场是进行热管铣刀散热基本结构优化设计的前提条件,然而目前还没有技术可以直接测量到刀体的三维温度场。对此首先建立切削态下铣刀三维非稳态温度场数值仿真模型,基于计算机仿真得到不同加载热流密度下铣刀仿真模型上点i1的时间—温度曲线,通过实验模拟切削态下在铣刀上加载热流,得到不同加载热流密度下铣刀体上对应仿真模型点i1的实体测温点i的时间—温度曲线,把两种方式获得的温度—曲线进行拟合,发现输入载荷一致时,两曲线的拟合度最好。进行切削测温实验,把点i的温度曲线与仿真模型点i1的温度曲线拟合,拟合度最高的仿真温度—曲线对应的加载热流密度为该切削工艺条件的加载热流密度。把切削实验的边界条件、初始条件和基于拟合方式获得的加载热流密度输入仿真模型,最后获得该切削工艺条件下铣刀的三维仿真温度场。     

多股流换热器的通道分配设计方法

通过分析板翅式换热器的传热与流动的原理,推导并获得了多股流板翅式换热器的换热及压降的计算公式。介绍了多股流换热器的传热计算数学模型,并在程序中实现了换热器的设计计算。在分析比较前人研究成果的基础上,提出了通道分配与排布的原则和相应的设计计算方法。提供了换热器横向导热控制的新思路,利用通道排布的周期性改善隔板温度的分布,再采用手段控制隔板温度的波动幅值,在一定程度下可以趋近等壁温的效果,可以有效减少横向导热。设计了用于实验的换热器试件并验证了设计的合理性。     

等温容器放气过程中对流换热模型的研究

为了提高等温容器的性能,对等温容器放气过程中的对流换热模型进行了研究。用4个已知流量特性的电磁阀分别对4种等温容器进行了放气实验,采集放气过程中的压力曲线,并采用“停止法”得到放气过程中的温度曲线。基于等温容器放气过程的热力学模型,结合放气过程中的压力曲线和温度曲线,确定了放气过程中的对流换热系数,最后利用相似原理拟合得到了放气过程中声速阶段和亚声速阶段的对流换热经验关系式。声速阶段和亚声速阶段的经验关系式不仅体现了放气速度对对流换热的影响,还反映了铜丝填充密度,也就是孔隙率对换热的影响;声速阶段的经验关系式中还引入了空气压缩比,体现了空气在高压缩状态下压缩性对对流换热的影响。     

复合型真空多层绝热低温容器真空丧失后热响应研究

搭建了高真空多层绝热低温容器完全真空丧失研究实验台,分别利用干燥氮气及空气作为破空气源,进行了低温容器发生完全真空丧失事故后排放试验和无排放试验。排放试验中测得了复合型真空多层绝热低温容器在发生完全真空丧失事故后的排放率并计算了热流密度;无排放试验中测得了复合型真空多层绝热低温容器在发生完全真空丧失事故后的压力上升情况和液体的温度分层。试验结果表明,导入复合型真空多层绝热低温容器绝热夹层的气体种类对其完全真空丧失后的响应有很大的影响。     

加热式热电偶液位测量传感器的研究

压力容器内的水位是反应堆运行中的重要参数,针对传统的传感器难以实现液位测量,提出了一种加热式热电偶传感器,它是基于发热体在气(汽)体和液体中放热系数的显著差异,研制的一种变液位测量为温差测量的加热式铠装热电偶。试验表明,本液位测量传感器原理正确,结构可行,性能可靠,能够准确的判断出液气(汽)界面的位置,推广该传感器在压力容器内应用很有必要。     

管壳式热交换器结垢故障虚拟感知方法

随着核电、石油化工等行业需求的增长以及工艺复杂程度的提升,其关键设备状态的安全监测缺少直接、实时、在线的监测手段,难以实现故障的准确诊断与预警。本文选取石化和核电行业关键设备管壳式热交换器作为研究对象,通过分析热交换器换热管外结垢机理及对换热性能影响,应用总传热系数建立换热效率、传热平均温差与结垢厚度间的表征关系,提出了一种管壳式热交换器结垢故障虚拟感知方法,利用热交换器的温度、压力、流量等高精度、易获取运行数据,实现热交换器结垢厚度在线准确感知。最后,通过在热态功能试验台架回路上采用高压容器试验件开展了测试验证。结果表明,基于总传热系数的热交换器结垢虚拟感知模型能够在30%误差范围内实现在管径2.2%以上的垢层厚度监测。     

Computational study of the mixed cooling effects on the in-vessel retention of a molten pool in a nuclear reactor

The retention of a molten pool vessel cooled by internal vessel reflooding and/or external vessel reactor cavity flooding has been considered as one of severe accident management strategies. The present numerical study investigates the effect of both internal and external vessel mixed cooling on an internally heated molten pool. The molten pool is confined in a hemispherical vessel with reference to the thermal behavior of the vessel wall. In this study, our numerical model used a scaled-down reactor vessel of a KSNP (Korea Standard Nuclear Power) reactor design of 1000 MWe (a Pressurized Water Reactor with a large and dry containment). Well-known temperature-dependent boiling heat transfer curves are applied to the internal and external vessel cooling boundaries. Radiative heat transfer has been considered in the case of dry internal vessel boundary condition. Computational results show that the external cooling vessel boundary conditions have better effectiveness than internal vessel cooling in the retention of the melt pool vessel failure.     

Design optimization of a loop heat pipe to cool a lithium ion battery onboard a military aircraft

The present paper proposes optimization procedures for loop heat pipe (LHP) designed to cool the lithium-ion battery for airborne high energy electric lasers (HEL) without power consumption. The LHP is more efficient than the air cooling device using bleed air. The battery temperature rising enlarges the permanent loss of its capacity and makes it unusable and unsafe. Cold speedy air around a flying aircraft becomes a good heat sink for dissipating the battery heat. The design objective is to reduce the weight of the LHP, considering the range of battery operating temperature and operational reliability. For numerical analysis, the total system of the LHP is analyzed through a thermohydraulic model and the heat transfer of the porous wick is predicted by the thin liquid film model. The thermal characteristics of the groove section are found by an analytical solution and a finite difference method. The design optimization is executed by using approximation models for the cases of (1) a fixed heat load, (2) a varied heat load without uncertainty consideration, and (3) a varied heat load with uncertainty consideration about the generated heat of the battery. As result of the optimization process, the weight of the LHP was reduced significantly. The optimized LHP for the varied heat load with uncertainty consideration case is most reliable and robust with slight increase of the weight.     

集成管箱型管壳式换热器的设计分析

空调热泵系统中所用的CO2跨临界循环管壳式换热器，管侧流动的是CO2工质，换热管的内侧压力相对较高，高压大约为10MPa；壳侧流动的是水，基本是常压。采用高温高压换热器需要按照压力容器设计标准，会使整个换热器设备较为笨重，并会造成系统设备成本提高。针对CO2跨临界循环的特定要求，设计出了耐高压防泄漏的集成管箱型换热器，在确保安全性的同时，使系统结构紧凑，技术难度降低，从而使成本得到有效控制，可以促使CO2跨临界循环更快的走向实际应用。文中还对换热器管路的安全性进行了分析，并给出了准确度较高的可用关联式来计算CO2流体在气体冷却器和蒸发器管内的换热系数。     

主要工业发达国家压力容器规范对冷成形封头成形后的热处理要求之对比分析

对主要工业发达国家的压力容器规范关于冷成形封头成形后的热处理要求进行了对比分析,并结合中国的压力容器标准及行业发展现状,对GB 150标准中相应条款提出了修订建议。