泡沫铝/石蜡复合相变材料蓄热性能数值研究

发布时间：2020-12-14 00:35

　　在能源危机的时代背景下,绿色新能源汽车行业发展迅猛。作为电动汽车、混合动力汽车及燃料电池汽车蓄能装置中的核心元件,大容量锂离子动力电池愈发广泛地受到重视。在影响锂电池工作性能的各项指标当中,温度条件尤为重要。合理的温度环境是提高电池工作可靠性和延长电池寿命的关键所在,因此对电池进行有效的热管理势在必行。采用相变材料(PCM)的热管理系统具有蓄热量大、系统体积小、结构简单和无需消耗额外能量等优点,因此其应用前景广阔。相变材料的蓄热特性决定了热管理系统的性能优劣,本文首先对单质石蜡相变材料和泡沫铝/石蜡复合相变材料的蓄热性能进行了实验研究,对比了不同工况下的相变响应时间、温度分布和蓄热时间。实验数据表明,相较于单质石蜡,复合相变材料的相变响应时间更短,温度分布也更为均匀。此外,实验数据表明在7000 W/m2、12000 W/m2、15000 W/m2这三种加热工况下,复合相变材料的蓄热时间比单质石蜡分别缩短了35.35%、22.14%、39.90%。鉴于实验测点的局限性,无法全面获得相变材料整个蓄热过程中相变界面与温度场、速度场的变化,以及传热因素的影响作用,因此,本文重点通过数值模拟手... 

【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 相变热管理系统应用背景
        1.2.1 锂电池热管理技术发展概况
        1.2.2 储能与相变热管理技术
    1.3 热管理系统中复合相变材料的国内外研究现状
        1.3.1 复合相变材料国外研究现状
        1.3.2 复合相变材料国内研究现状
    1.4 本文主要研究内容
2 相变蓄热实验
    2.1 实验材料物性测定
        2.1.1 固态石蜡体积膨胀率的测定
        2.1.2 泡沫铝骨架孔隙率的测定
    2.2 实验系统
    2.3 实验结果分析
        2.3.1 加热热流密度方向的温度变化
        2.3.2 垂直加热热流密度方向的温度变化
        2.3.3 高度方向的温度变化
    2.4 本章小结
3 基于石蜡相变材料的泡沫铝骨架物理-数学模型的建立
    3.1 泡沫铝材料
        3.1.1 泡沫铝特性简介
        3.1.2 三维建模方法简介
    3.2 物理模型的建立
    3.3 计算域与模型参数
        3.3.1 计算域
        3.3.2 模型参数及假设
    3.4 控制方程与边界条件
        3.4.1 控制方程
        3.4.2 多孔介质内石蜡相变蓄热过程的流动特性
        3.4.3 边界条件及初始条件
        3.4.4 电池产热量相关参数及热源选择
    3.5 网格划分与模型可靠性验证
        3.5.1 网格划分
        3.5.2 模型可靠性验证
    3.6 本章小结
4 数值模拟结果分析
    4.1 单质石蜡
        4.1.1 相变界面演化过程
        4.1.2 速度影响下的熔融区运动变化分析
    4.2 泡沫铝/石蜡复合相变材料
        4.2.1 相变界面演化过程
        4.2.2 速度影响下的熔融区运动变化分析
    4.3 相变材料传热特性分析
        4.3.1 温度分布
        4.3.2 温升速率
    4.4 多孔泡沫骨架结构与传热特性分析
        4.4.1 孔隙率对传热速率的影响
        4.4.2 孔隙率对温度分布均匀性的影响
        4.4.3 孔隙尺度对相变流动传热过程的影响
    4.5 本章小结
5 结论与研究展望
    5.1 主要结论
    5.2 研究展望
参考文献
附录
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集



本文编号：2915472