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原文传递用于电池热管理的石蜡相变材料固液相变的数值模拟

论文题名：	用于电池热管理的石蜡相变材料固液相变的数值模拟
关键词：	新能源汽车;电池热管理;相变材料;固液相变;运动壁面;数值模拟
摘要：	国民经济的不断发展引发了一系列的环境污染问题，新能源汽车由于具有零排放等优势，近年来发展迅速。作为新能源汽车的关键技术之一，动力电池的循环寿命与热安全对整车性能影响显著。为提升电池循环寿命和热安全性能，本文采用数值模拟的方法，针对采用相变材料的电池热管理系统，研究了用于电池热管理系统的石蜡固液相变特性。　　本文建立了二维正方形模型，研究了热壁面所在位置、石蜡热导率及热壁面的热流密度对石蜡相变过程的影响，重点分析了运动壁面的速度大小与方向对石蜡熔化的作用及其成因，主要结论如下：　　(1)针对热流密度一定，热壁面位置不同对石蜡相变的影响，分别研究了热壁面在左侧、右侧、顶部和底部时石蜡的相变特性。当热壁面在底部时，即热流密度与石蜡自身重力的作用方向相反时，石蜡的熔化速度最快；而当热壁面位于顶部时，石蜡的熔化速度最慢；当热壁面位于左、右侧时，石蜡的熔化速度居于前两种情况的中间。　　(2)针对热流密度一定，不同石蜡热导率对相变过程的影响，研究了对左侧、右侧、顶部和底部壁面设定恒定热流密度，石蜡热导率不同时的相变特性。对比热壁面在左侧时不同热导率的液相率-时间曲线，可以发现，在石蜡熔化初期(大约0~500s)，石蜡的热导率对熔化的速度没有产生显著的影响，大约从500s开始，热导率开始对相变过程产生影响：热导率越大，石蜡熔化的速度越快。当热壁面在底部时，在石蜡相变起始阶段，热导率对相变过程产生了较为明显的作用：在相同时刻，热导率越大，石蜡的液相率越小。随着时间的推移，在石蜡熔化的后期，热导率增大对相变速度的促进作用越来越明显，热导率不同的的石蜡最终几乎同时熔化完全。　　(3)针对热壁面的热流密度对石蜡相变的影响，研究了不同热流密度下，石蜡在不同时刻的液相分数云图。结果表明，在石蜡自身重力的作用下，正方形腔内的石蜡从左上角最先开始熔化，右下角部分的石蜡最后开始熔化，相变界面的形态呈现出一条斜率为正的斜线，且斜率随着时间的增大而减小，石蜡的熔化整体上呈顺时针方向；热壁面的热流密度越大，石蜡的固液相变越快。　　(4)针对运动壁面对石蜡相变的影响，研究了热壁面在不同位置时，壁面运动速度的大小与方向对石蜡相变过程的影响。研究结果表明，当左壁面加热，下壁面沿x轴正方向运动时，抑制熔化；沿x轴负方向运动时，促进熔化；当下壁面加热，上壁面运动方向相同时，速度的大小对液相率-时间曲线的梯度的作用：运动速度越大，石蜡固液相变的速度越快；当上壁面加热时，下壁面的运动促进石蜡的相变，当壁面运动方向一致时，运动速度的大小对液相率-时间曲线的梯度有显著影响：运动速度越大，液相率-时间曲线的梯度越大。当左壁面加热，无运动壁面时，液相区域存在一个顺时针方向的涡团，并且随着时间的推移，涡团由一个顺时针涡团分裂成两个顺时针涡团；随着上壁面运动速度大小的增大，涡团分裂的速度加快；当上壁面运动速度沿x轴负方向运动时，石蜡液相区靠近上壁面的位置增加了一个逆时针涡团，随着时间的推移该逆时针的涡团面积逐渐扩大；上壁面沿x轴负方向的运动，会产生逆时针涡团，推迟了顺时针涡团的分裂，进而抑制了石蜡的相变；同理，上壁面沿x轴正方向的运动加快了顺时针涡团的分裂，进而促进了石蜡的相变。
作者：	张倩楠
专业：	热能工程
导师：	饶中浩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国矿业大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文