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微柱阵列表面真空池沸腾换热特性研究及电池冷却应用
| 论文题名： | 微柱阵列表面真空池沸腾换热特性研究及电池冷却应用 |
| 关键词： | 锂电池;微柱阵列;表面真空池;沸腾换热;电动汽车 |
| 摘要： | 锂电池作为电动汽车的核心动力源，其在充放电过程中会产生大量的热量，新型的电池散热技术已经成为电动汽车热管理领域研究热点。本文以微柱阵列表面真空池沸腾为实验研究对象，探究了微柱阵列表面真空池沸腾的换热机理，研究了压力以及微柱体尺寸对微柱阵列表面真空池沸腾换热的影响规律，并将微柱阵列表面真空池沸腾技术应用于电池单体冷却，为高性能电池模组冷却系统的开发奠定基础。 本文搭建了微柱阵列表面真空池沸腾换热特性实验平台，研究了核态沸腾阶段在80W恒定加热功率下，不同微柱阵列表面在不同系统环境压力下的气泡脱离直径和频率的规律，探究了微柱阵列表面真空池沸腾中压力、微柱阵列表面结构以及液位高度对沸腾换热性能的影响规律。研究结果表明:微柱阵列表面与光滑表面气泡脱离直径均随压力的降低而增大，但气泡脱离频率变化趋势差异较大，光滑表面的气泡脱离频率随压力的降低而降低，而微柱阵列表面的气泡脱离频率随压力的降低先上升后降低。在相同压力以及液位高度工况下，较宽较高的微柱阵列表面在低壁面温度时有较大的热流密度，较窄的的微柱阵列表面在高壁面温度时有较大的热流密度。真空条件下，在50-100mm范围内液位高度越高，不同微柱阵列表面的临界热流密度均越小，其沸腾起始壁面温度也越高。 通过基于微柱阵列表面真空池沸腾实验系统搭建的电池单体散热性能实验平台，对比研究了21700型号的50G电池单体以0.5-2.5C放电倍率进行放电时自然冷却、常压浸入式冷却、真空池沸腾冷却的散热性能。实验结果表明，自然冷却下锂电池单体所能产生的表面最高温度远高于不同形式的浸入式液冷。随着压力的的降低，锂电池单体真空池沸腾冷却方式的冷却效率提升，与常压100kPa相比，以2.5C放电倍率进行放电的锂电池单体在70kPa、50kPa、30kPa压力工况下，其表面最高温度分别降低了5.7％、13.1％、19.9％。本文基于微柱阵列表面真空池沸腾换热特性利用表面改性技术对真空池沸腾换热进行强化，实验结果表明，在30kPa压力工况下锂电池单体的微柱阵列表面最高温度相比光滑表面降低了17.1％。 |
| 作者： | 徐鑫 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 徐晶;熊双元 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 扬州大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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