相变材料和液冷结合的锂离子电池热管理性能优化

相变材料因其良好的控温能力在电池热管理中得到了广泛的研究,但在高温环境和高放电倍率下,单纯依靠相变材料很难满足热管理的要求。设计了相变材料和冷却板混合的电池热管理方式并对其进行数值模拟,与采用纯相变冷却进行了对比。分析了电池间距、冷却液入口速度对电池最高温度以及相变材料液化率的影响,并对充放电循环过程进行了探究。结果表明,在高温和高放电工况下,液冷的引入解决了因相变材料完全液化导致的电池温度恶化和中间电池热量累积的问题。相比于纯相变冷却,当冷却液速度为0.5 m/s时,混合冷却可将电池的间距减小至3 mm,继续增大冷却液的速度对热管理性能提升较小。同时,液冷板的加入可以减少首次充放电循环对后续循环过程的影响,增加电池的使用寿命。     

考虑电池产热的多孔介质复合相变材料的传热性能

高能量密度电池作为新能源汽车的主要能源，其热安全问题受到学者们的广泛关注，而电池热管理系统能有效防止电池热失控。该文基于相变热管理技术原理，构建多孔介质复合相变材料(CPCM)的传热与电池产热的耦合模型，利用数值算法与粒子图像测速技术(PIV)相结合的研究方法，开展了多孔介质复合相变材料中锂离子电池的产热规律及复合相变材料的传热性能研究。结果表明：多孔介质可以有效地加速相变材料的熔化进程；复合相变材料可以减缓电池温度的上升速率；电流强度对热管理系统的熔化进程、储热量以及储热效率有明显影响。复合相变材料可以提高电池内部散热效率从而减缓电池温度的上升。当考虑双体电池模型时，应尽可能在电池间保持一定的空间，从而有利于电池热管理系统的散热。     

碳纳米复合相变材料熔化传热的理论分析

针对传统相变材料导热系数低的缺点,将高导热碳纳米材料添加到相变材料基体中可强化其相变传热.对碳纳米复合相变材料熔化传热过程进行理论分析,研究碳纳米材料导热系数、添加体积比以及材料形状对熔化传热的影响.研究表明:提高碳纳米材料的添加体积比,相变材料熔化速度随之增大;碳纳米材料的形状对复合相变材料熔化传热性能有显著影响;在高导热系数范围内,碳纳米材料导热系数变化对复合相变材料熔化传热性能的提升影响甚微.     

石蜡/膨胀石墨复合相变材料耦合热管电池热管理性能研究

为了改善相变材料用于电池热管理导热率较低的问题,制备了不同含量的石蜡(paraffin, PA)-膨胀石墨(expanded graphite, EG)复合相变材料,在相变储能单元中使用PA-EG复合相变材料包裹热源并耦合热管增强其散热能力。使用方形发热源模拟高密度能量电池充放电时的发热,在不同发热功率下探究不同EG含量的PA-EG复合相变材料耦合热管的热管理性能。实验结果表明：发热功率较低时,各相变材料热管理性能相当,发热功率较高时,更高的EG含量将带来更高的导热率以及更好的热管理效果。在EG含量为5%时,PA-EG复合相变材料导热率可提高至纯石蜡的6.36倍,实验中最大降温幅度可达7.6%,相变储能单元中温差峰值为纯石蜡散热系统温差峰值的37.7%。当EG含量较低时,PA-EG复合相变材料未熔融时呈现固态,导热率呈现各向同性,但当PA熔融后,PA-EG复合相变材料总体呈现液态,出现较强的自然对流换热,将导致储能单元内温度分布不均,容易导致电池表面温度不均产生应力,因此EG含量不宜低于5%。     

相变控温光伏电池组件

分别以低温石蜡和聚乙二醇作为相变控温材料与光伏电池结合制备相变控温光伏组件(PV/PCM).实验研究了两种相变材料、聚乙二醇用量以及相变导热结构对组件的控温效果;实验室与现场测试了PV/PCM组件的温度-光辐射-功率曲线.研究表明,聚乙二醇作为相变控温材料效果更佳;增加相变材料用量,控温时间延长,但两者间并非线性关系;采用钢丝束能有效加强传热效果.聚乙二醇PV/PCM组件的最大冷却度达30℃,冷却时间可达6h,组件的开路电压提高6%,功率提高10%.     

直通式真空集热管的热性能研究

为了研究直通式真空集热管内的换热特性以及影响集热管性能的因素,建立从吸收管到外界环境的不同阶段的传热数学模型,对每个传热阶段进行分析与计算;当吸收管内外表面温度一定时,导热量随着壁厚度的增加而减少,吸收管外径与内径比为1. 05时的导热量只有1. 02时的1/3;吸收管的导热系数与吸收管自身温度有关,单位温差下吸收管温度每提高100℃,导热量就会增加约163 W/m;吸收管与玻璃管之间对流换热量主要受环形区域压力影响;辐射换热量受吸收管外表面温度影响较大,金属吸收管的发射率会随着温度提高而增加;玻璃外管温度越高,环境温度越低,辐射换热量越大;环境风速的增加会强化对流换热系数,增加热损失.     

圆筒壁和球壁中固液相变强化传热机理分析

为研究固液相变强化传热机理,通过有内热源的稳态导热与固液相变传热之间的比较,对一维圆筒壁和球壁在等温(第一类)边界条件下的导热问题进行了理论分析。揭示了该种情况下固液相变强化传热的机理,推导出以无内热源稳态和瞬态传热速率为基准的相变界面换热强化度的解析表达式。结果表明,当几何尺寸给定时,影响相变界面换热强化度的因素有:相变材料的导热系数、定压比热容、融解热、密度、以及相变温度与接触表面的温度差;且Stefan数及Fourier数越小,相变界面强化传热的程度就越大。     

太阳能相变炕影响因素分析及热工性能模拟

本文设计了一种太阳能热水供热与相变蓄热组合的热炕供热系统,为提高蓄热炕的热响应,配置了高导热复合相变材料,利用数值模拟对炕体单元进行三维非稳态瞬态传热模拟。通过控制变量法,对太阳能相变蓄热炕的相变材料导热系数、相变温度、相变潜热等炕体热工特性影响因素进行模拟分析,得出:相变材料导热系数、供水温度、相变潜热对相变炕的热响应时间影响显著,且相变潜热决定放热时长,相变温度、相变温度范围对相变炕的垫面温度有明显影响。最后,以十二水磷酸氢二钠复合相变材料作为炕体的蓄热材料,对炕体进行蓄放热模拟设计,发现垫面温度昼间可达到17.1 ℃,夜间可达到30.3 ℃,可以很好地满足居民的热舒适要求。     

基于分形的多孔介质复合相变材料的储热特性

本文利用膨胀石墨和纳米颗粒来强化相变储热系统的传热性能。在膨胀石墨基体中填充含纳米颗粒的相变材料,用焓-孔隙度法模拟材料的相变过程。针对不规则的膨胀石墨孔隙结构,用三维W-M分形函数修正膨胀石墨孔隙率波动,以研究不同的孔隙率和有效导热系数比对固态显热蓄热阶段相变材料熔融速率的影响。在液态显热蓄热阶段时探讨膨胀石墨孔隙率以及纳米颗粒体积分数对相变储热系统中对流传热的影响。研究结果表明,分形分布的孔隙结构能有效地抑制纳米颗粒的自由运动从而降低了纳米颗粒的局部团聚的可能性,所以利用三维W-M分形函数修正的膨胀石墨比采用平均孔隙率能更好地模拟相变材料的熔融速率。在固态显热蓄热阶段,膨胀石墨孔隙率为0.8的相变材料熔融速率比孔隙率为0.85和0.9显著增加,另外,膨胀石墨与纳米颗粒-相变材料的有效导热系数比为100的熔融速率也明显比有效导热系数比为80和60的快。当相变材料处于液态显热蓄热阶段时,其在膨胀石墨孔隙中产生对流,对流传热速率随着膨胀石墨的孔隙率增大而增大,纳米颗粒体积分数的增加也会提高对流传热速率。     

电池架导热系数对水下航行器电池舱段 内部发热和传热过程的影响

对锂/亚硫酰氯电池在水下航行器电池舱段中的发热和传热过程进行理论分析,在给定的工况下,对电池舱段内部发热和传热过程进行试验测量,利用FLUENT软件仿真分析了电池架导热系数对电池舱段内部温度随时间的变化规律和温度分布云图的影响.结果表明,电池舱段内部最高温度随着电池架导热系数增加而逐渐降低;采用铝基电池架能够满足该型号水下航行器在温度控制方面的工况要求(≤70 °C),且具有一定的温度裕量.     

太阳能供暖用新型流体制备及导热性能测试

严寒、寒冷地区液体型集热器应用时需考虑防冻性能,工程常使用乙二醇型防冻液作为循环工质。但其导热系数仅为水的60%,集热循环过程中防冻液与太阳能集热器基板传热不充分导致基板过热和集热热损过大。为解决上述问题,通过乙二醇型防冻液及相变材料配制不同浓度的传热蓄热流体(heat transfer and heat storage fluid, HTHSF),在考虑防冻的基础上,以增加HTHSF综合导热系数为目的,通过瞬态热线法实验研究HTHSF相变过程中导热系数的变化规律。结果表明：当温度升高或浓度减小时载流体导热系数增大。配制的HTHSF呈水基溶液的特性,在单一相时导热系数与温度呈正比关系,相变使得导热系数有所减小。寒地太阳能供暖用新型HTHSF 10%、冰点-20℃时性能较好,此外拟合公式与实测数据误差在0.5%以内。     

石蜡和石墨复合相变材料的导热性能研究

石蜡作为相变材料的不足之处在于石蜡的导热系数低.为了改善石蜡的导热系数,实验利用导热系数较大的石墨和具有较高储热能力的石蜡制备出复合相变储能材料,分析了储热、放热过程中,石墨对石蜡传热特性及相变的影响.结果表明:石墨的掺入增加了复合材料的导热速率,减小了传热的波动性;复合材料的相变时间明显提前,固液相界面的移动加快,相变时间范围明显缩短,而相变温度区间基本不变.     

用于锂离子电池热安全保护的正温度系数材料

研制了一种新型的正温度系数(PTC)材料取代锂离子电池用导电剂,利用其高温下的金属-绝缘体相变导致的电导率变化对锂离子电池进行高温保护.通过对比,研究了高温下常规锂离子电池和加入PTC材料的锂离子电池的抗高温性能以及PTC材料在电池中的电阻温度变化效应.结果表明,温度高于80 ℃时该PTC材料在电池中的PTC效应非常显著,有效地改善了锂离子电池的热安全性.     

有机复合相变储能材料的强化传热研究

将相变主材料石蜡、硬脂酸和不同分子量的聚乙二醇分别与具有良好吸附性的支撑材料活性炭或膨胀石墨按一定的配比,通过熔融共混法制备系列有机复合相变储能材料,从而强化有机复合相变材料的传热效果,并利用导热仪对制备出的有机复合相变材料进行系统的导热性能测试。结果表明,活性炭和膨胀石墨都能够有效的改善有机复合相变材料的导热性,并提高传热速率,但活性炭易与相变主材料形成"海-岛"结构,使其传热不连续,相比之下膨胀石墨改善复合相变材料的传热效果更加显著,且随着支撑材料含量的增加,导热体系逐渐被完善,导热性能大幅度提升。     

基于风冷散热的锂离子电池外部冷却模式与内部热物性特征的耦合分析

锂离子电池因其优异的性能而广泛应用于储能系统以及新能源汽车的动力源。基于锂离子电池热物性特征以及运行条件选择合理的热管理模式,是确保锂离子电池安全性的重要手段。文中分别构建了基于风冷散热的圆柱形单体锂离子电池以及相应的电池模组模型,从最高温度、最大温差以及温度分布均匀性等方面探讨了热导率各向异性对电池冷却性能的影响。结果表明,锂离子电池内部的热量传递过程以径向导热热阻为主导,直接决定单体电池内部温差以及电池模组中不同单体电池之间的温度分布均匀性。从电池结构设计的角度而言,为了提高温度均匀性,在确保能量密度的前提下应尽量减小电池层状方向的尺寸。     

泡沫铝和石蜡复合相变材料的传热特性分析

通过将融化的石蜡注入泡沫铝构成复合相变材料,能有效改善复合相变材料石蜡的导热性能.以两边定壁温、两边绝热的正方形泡沫铝复合石蜡相变材料为研究对象,利用双温度模型分析了纯石蜡、低密度泡沫铝复合石蜡、高密度泡沫铝复合石蜡的传热特性.采用相似理论得出双温度模型的理论解形式,并以显热容法数值模拟了相变传热过程.结果表明:经过简化的双温度模型的理论解与数值解高度吻合,在正方形中二维传热可以简化为一维传热来进行求解;泡沫铝复合石蜡相变材料的导热系数比纯石蜡有了较大改善;相变过程中石蜡和泡沫铝之间的温度差不可忽略.     

高孔隙率泡沫金属对相变蓄热的强化研究

在相变材料中填充高孔隙率泡沫金属能有效改善相变材料的传热性能。主要研究了填充高孔隙率泡沫铝后对石蜡导热系数的影响,利用Fluent及其前处理软件Gambit建立模型,并模拟结果。结果显示加入泡沫铝能使温度分布均匀,缩短相变时间,提高储热效率。     

热参数扰动下一维相变传热定解问题的稳定性研究

研究热参数扰动对一维相变传热方程解的稳定性的影响,应用存在解析解的一维相变传热定解问题,运用数值试验研究了热参数存在误差时,中间值γ、相变面位置及各相温度的变化规律.寒区工程热稳定性的维护取决于对其温度场的准确计算和预测,温度场计算是一个相变导热问题,计算所用的热参数由试验测定,所产生的试验误差难以避免,热参数的误差或扰动是否会引起相变导热问题中相变界面及温度场产生误差是一个微分方程稳定性问题,然而,相变导热问题由于其强非线性,目前尚无解析方法对其稳定性进行判断与分析.分析计算表明,中间值γ的扰动受已冻区比热容c1影响最大;相变面位置的扰动受已冻区导热系数k1影响最大;各相温度场分布主要受该相热参数的影响,而对其它相的热参数不敏感.研究结果可以为寒区工程温度场计算时热参数的测试方法、测试精度等提供科学依据.     

相变冷却服发展趋势

 冷却服能够为高温作业人员提供降温保护,提高人体微气候区的舒适度。分析了各种类型冷却服（气体冷却服、液体冷却服和相变冷却服）的降温方式、原理、特点及研究进展,着重阐述了相变冷却服的关键技术及发展方向：研究易塑性、耐腐蚀性的封装材料和相应的封装技术,解决液相相变材料存在的变形、泄露及水蚀问题;将纳米技术与相变材料微胶囊结合,研制作用时间长、散热良好的复合相变材料,提高相变材料的导热系数;将相变冷却技术与其他技术相结合,开发作用效果可调控的新型冷却服,同时研制可快速激活相变材料的设备或新型材料,使相变材料能够快速蓄冷。     

基于膨胀石墨复合相变材料的传热性能研究

以纯石蜡为相变介质,膨胀石墨(EG)为主要的导热骨架,制备导热增强的复合相变材料;搭建可视化的测试平台,通过分析添加材料质量分数对复合材料熔融相变过程的影响,研究在恒热流密度下不同复合相变材料传热性能和传热规律的差异.此外,利用红外热像仪观察熔融过程中指定点的温度分布演变.研究结果表明:添加EG-100可以进一步强化复...