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原文传递电动汽车电池冷却器内流体分布均匀性研究及结构优化

论文题名：	电动汽车电池冷却器内流体分布均匀性研究及结构优化
关键词：	电动汽车;电池冷却器;优化设计;流体分布;均匀性
摘要：	电池冷却器是电动汽车电池温度控制过程中的重要部件，通过冷却器交换冷却液和汽车空调制冷剂之间的热量来带走锂电池的发热量。目前很多研究都是建立在冷却器内各流道内流量分布均匀的假设下，但在实际应用中冷却器内各流道内的流量存在较大差异，冷却器流道间流量分布的不均性会严重降低冷却器的换热效率。本文前期通过对有无分配器、不同流道数下的冷却器在各种工况下进行实验，提出了结合工况与冷却器侧面过热区分布变化分析流道内流体分布规律的方法，系统性的分析了流道数、分配器对冷却液、制冷剂在流道内分布的影响。根据实验结果针对冷却液流道结构提出了进口管道直径优化与角孔通道优化两种方法，通过CFD模拟仿真探究了在不同流道数、冷却液流量下优化后结构对冷却液流体分布均匀性的改善效果，最后通过实验对优化结果进行了分析与验证。本文主要工作内容如下：　　(1)搭建了电池冷却器换热实验平台和红外热像仪测温装置，建立了对红外热像仪热图温度的校正方法，根据热图温度变化建立了热图分析方法，对热图进行再处理得到制冷剂过热区与两相区的分界线，并得到过热区体积占比、过热区分布不均指数等参数。　　(2)对各种冷却器在不同工况下进行实验与分析。对于没有分配器的冷却器，冷却液与制冷剂优先进入靠近进出口侧的流道内，随着冷却液流量与制冷剂流量的增加，靠近进出口侧流道内的流量增加程度大于其它流道，致使远离进出口侧的流道内存在较大体积占比的过热区。在制冷剂入口处安装分配器后制冷剂优先进入角孔通道后方，远离进出口侧的流道内制冷剂流量较多，造成过热区位于靠近进出口侧的流道内。随着制冷剂流量的增加，各流道内制冷剂的增加较为均匀。　　(3)分配器能够减小冷却器内过热区占比和过热区分布不均指数，提高冷却器的换热量。当减小冷却器流道数时，过热区体积占比有所减小，但是冷却器的换热量也会下降。当增加冷却器流道数时，过热区的占比迅速增大，过热区分布不均现象更加严重，且冷却器的换热量严重下降。　　(4)对冷却液侧进口管道直径与角孔通道进行优化，根据CFD模拟结果分析发现，对于优化前冷却器结构，靠近进出口侧流道内的冷却液流量较多且随着总冷却液流量与流道数的增加分布不均程度增大。对进口管道直径优化后，冷却液的入口速度增加，减少了靠近进出口侧流道内的流量，整体分布均匀性优于优化前。对于角孔通道优化，其冷却液在各流道内的分布十分均匀。最后通过实验验证，进口管道直径优化和角孔通道优化均能够减小冷却器内过热区占比，提高换热量，且进口管道优化效果更好。流道数越大入口管道直径优化的改善效果越好。
作者：	杨金辉
专业：	动力工程
导师：	张绍志;卢衡
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2022