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原文传递相变微胶囊悬浮液的流动与传热特性及在电池热管理中的应用

论文题名：	相变微胶囊悬浮液的流动与传热特性及在电池热管理中的应用
关键词：	电动汽车;锂电池系统;热管理;相变微胶囊悬浮液;传热特性
摘要：	电动汽车是缓解和解决能源短缺、气候变化、环境污染等问题的方法途径之一，但锂电池系统在受到机械滥用、电滥用、热滥用后造成热失控，危及人民的生命和财产安全。锂电池系统需要热管理技术进行温度调控，保证安全稳定运行。相变微胶囊悬浮液是一种由相变微胶囊和基液组成的传热流体。由于具有较大的表观比热，可以在相变温度区间内吸收大量的热，这使得其成为一种潜在的锂电池系统及其它大功率电子设备的液冷工质。本文围绕相变微胶囊悬浮液研究了其物性、方腔内自然对流传热特性、带肋小通道中的流动与传热特性、电池热管理应用等。主要研究内容和结论如下：　　(1)搭建了自然对流传热实验台，研究相变微胶囊悬浮液在方腔内受到底部加热时的自然对流传热特性。结果表明水和相变微胶囊悬浮液在方腔中的自然对流传热状态分为以纯导热为主的阶段和准稳态阶段。在以纯导热为主的阶段，自然对流换热系数随着时间推移下降较快，壁面温度升温较快。而在准稳态阶段，自然对流换热系数稳定在较小的范围内，壁面温度升温放缓。在相变温度区间（29.1-34.0℃）内，相变微胶囊悬浮液以较小的温升吸收潜热，可以强化自然对流传热。　　(2)搭建了小通道流动传热实验台，设置处于熔化起始温度29.1℃附近的四个温度（25℃、27℃、29℃、31℃）作为进口温度，研究不同进口温度的相变微胶囊悬浮液在直肋小通道中的流动与传热特性。结果表明，在实验范围内，同体积流量下以29℃为进口温度的相变微胶囊悬浮液的对流换热效果最优，此时可以更充分地覆盖相变微胶囊颗粒的相变温度区间，更充分地利用潜热。还研究了三种肋结构小通道（直肋、非交错针肋、交错针肋）中相变微胶囊悬浮液的流动与传热特性。交错布置的针肋可以增加水和相变微胶囊悬浮液扰动，在交错针肋小通道中的对流换热系数最高，同时压降也最高。对于水而言，非交错针肋小通道的综合性能比直肋小通道中差，交错针肋小通道的综合性能在雷诺数达到340时的综合性能优于直肋小通道。对于5wt%和10wt%相变微胶囊悬浮液，非交错和交错针肋小通道均可以在更低的雷诺数下达到优于在直肋小通道中的综合性能。　　(3)搭建了液冷式电池热管理实验台，研究持续型冷却和非持续型冷却模式下的电池热管理效果。结果表明与无冷却系统时相比，有冷却系统未启动泵时可以降低电池1C恒流恒压充电、1C恒流放电和1.5C恒流放电结束时的温度，而启动泵时可以降低得更多。无论以水还是以5wt%相变微胶囊悬浮液作为流动工质，在三个恒温水浴槽设置温度（25℃、27℃、29℃）中，均是设置为25℃时，电池充放电结束时的温度最低。与持续冷却的方式相比，采用非持续冷却（电池温度达到35℃时启动泵驱动工质）的方式可以降低泵耗。1C恒流恒压放电、1C恒流放电和1.5C恒流放电情况下分别可以节省31.77%-34.90%、34.03%-37.78%和20.00%-22.71%的泵耗。
作者：	鲍义斌
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	饶中浩;刘臣臻
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国矿业大学(江苏)
学位年度：	2022