深海装备用高能效电池舱结构设计及热特性研究
发布时间：2022-01-13 07:27
近年来,随着传统能源的逐渐枯竭,人类将目光瞄向资源更丰富的海洋。为了更好的探索海洋资源,需要借助水下观测仪器和设备。众所周知,海洋是一个高压低温的环境,这会严重降低仪器电池的放电效率,减少其工作时间。因此,本文设计一种为海洋观测仪器供电的高能效电池舱,通过加入保温材料在一定程度上提高了低温环境下电池放电效率,延长了观测仪器的工作时间。首先,本文根据海洋潜标系统观测仪器工作时间和所需要的工作功率等信息,按照压力容器设计准则设计出“黄金比例”圆筒形电池舱与“大浮力”球形电池舱两种电池舱为观测仪器供能,对两种电池舱进行强度计算和稳定性校核,确立电池舱结构和尺寸,并利用Solidworks软件建立三维模型,利用有限元软件对两种电池舱进行进一步有限元仿真分析,用数值模拟的方法进行应力分析与优化,确定最终方案。然后从研究锂电池放电时发生的电化学反应入手,研究热量传递的基本途径。以锂亚硫酰氯电池为研究对象,分析化学反应原理及锂电池从内向外热量的传递规律,从理论方面计算出锂电池放电所释放的热量;根据电池舱结构及观测仪器工作电压设计电池组,利用ANSYS Workbench模拟仿真软件对其模拟仿真,研究...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
圆筒壁中扇形微元体Fig.2-1Fan-shapedmicroelementincylinderwall
青岛科技大学研究生学位论文90rrrddr（2-2）对容器设计中所关注的点，需对每一种载荷类型计算其应力张量（6个单位的应力分量）。对每一计算得到的应力张量给与分类中的P（mP、bP、LP）、Q、F（Q、F用于弹性分析时的疲劳和棘轮评定）不同类别。每个符号均代表6个应力分量。分析设计中，将各类应力中的各应力分量按同种应力分别叠加，得到mP组、LP组、LP+bP组、LP+bP+Q组和LP+bP+Q+F组，共5组应力分量[37]。用应力分量来计算每组的主应力1、2、3。得到的主应力计算VonMises当量应力eS：2221223311()()()2eeS（2-3）式中：mP—沿整个平均的薄膜应力，MPa；bP—沿整个厚度分布的弯曲应力，MPa；LP—薄膜应力，MPa；Q—弯曲应力，MPa。由于受到压力的作用，微元体的各点都发生变形，如图2-2所示。可得径向形变r和环向形变的表达式：()rdruduudrdudrdrrudrdurdr（2-4）图2-2微元体形变示意图Fig.2-2Schematicdiagramofmicroelementshapechange对求导，有：
深海装备用高能效电池舱结构设计及热特性研究10()rddrr（2-5）应力与应变之间的关系满足胡克定律，有表达式：()/()/rrzrzEE（2-6）其中，E为弹性模量，为泊松比，z为常数。将上式中的r、带入到公式（2-6）中整理可得：1()rrdddrdrr（2-7）化简可得应力：212212//rCCrCCr（2-8）其中，1C、2C可以由边界条件确定。若iR表示腔体的内半径，oR表示腔体的外半径。且系数/ioKRR，腔体承受均布的外压强P，则有边界条件：irR时，0r；orR时，rP，可得：1222211iPCKPCRK（2-9）对于承受外压的厚壁容器，轴向的应力均布分布。如图2-3所示。轴向内力与外力平衡，可以得到：222()ozoiPRRR（2-10）图2-3轴向应力分布示意图Fig.2-3Schematicdiagramofaxialstressdistribution根据公式（2-10）能够推导出轴向应力的表达式：
【参考文献】：
期刊论文
[1]深海潜标系统的锂电池保温材料效果研究[J]. 付平,闫枫,毕杰,杨明飞. 电源技术. 2020(01)
[2]输油管道保温技术及应用研究进展[J]. 徐超,张兆,刘鹏,刘震,王庆昭. 中国塑料. 2019(11)
[3]深海传感器封装壳体的设计与分析[J]. 吴俊飞,李国栋. 机械制造. 2019(10)
[4]UUV用动力电池现状及其发展趋势[J]. 荆有泽,刘志伟. 电源技术. 2019(06)
[5]载人潜水器马氏体镍钢载人舱设计[J]. 杨青松,胡勇,姜旭胤,姜磊. 船舶工程. 2018(08)
[6]国内外锂离子动力电池发展现状及趋势[J]. 刘国芳,赵立金,王东升. 汽车工程师. 2018(03)
[7]AUV动力电池技术的应用现状及展望[J]. 孙承亮,赵江滨,崔天宇,袁成清,周建林. 船舶工程. 2017(07)
[8]AUV动力电池应用现状及发展趋势[J]. 任丽彬,桑林,赵青,丁飞,刘兴江. 电源技术. 2017(06)
[9]论我国海洋能的研究与发展[J]. 王燕,刘邦凡,赵天航. 生态经济. 2017(04)
[10]从装备需求看鱼雷动力电池发展[J]. 高新龙,王宇轩,李学海. 鱼雷技术. 2016(03)
博士论文
[1]水下航行器电池舱段热过程研究[D]. 王艳峰.西北工业大学 2014
硕士论文
[1]电动汽车动力锂电池包结构设计及其液冷散热性能研究[D]. 杨明飞.青岛科技大学 2019
[2]基于载人潜水器的深海多参数化学传感器封装结构设计及系统集成[D]. 李国栋.青岛科技大学 2019
[3]激光多普勒深海热液流速测量系统封装结构设计分析[D]. 杜照远.青岛科技大学 2018
[4]可抛弃式深海表层沉积物抗剪强度测定装置的研发[D]. 宿晓峰.青岛科技大学 2018
[5]某型水下航行器电池舱段的动力学仿真分析[D]. 孔祥意.沈阳航空航天大学 2018
[6]一种深海环境下压力平衡方法和压力传感器的研究[D]. 杨卫华.合肥工业大学 2014
[7]环保真空静电喷涂生产线关键部件的设计[D]. 邱建春.广东工业大学 2013
[8]海底观测网络科学仪器插座模块机械结构的设计和研究[D]. 乐业清.浙江大学 2013
[9]载人潜水器耐压壳结构设计与分析[D]. 曲文新.哈尔滨工程大学 2013
[10]海流作用下潜标及其系留系统耦合作用的实验研究[D]. 田伟辉.中国海洋大学 2012
本文编号：3585988
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
圆筒壁中扇形微元体Fig.2-1Fan-shapedmicroelementincylinderwall
青岛科技大学研究生学位论文90rrrddr（2-2）对容器设计中所关注的点，需对每一种载荷类型计算其应力张量（6个单位的应力分量）。对每一计算得到的应力张量给与分类中的P（mP、bP、LP）、Q、F（Q、F用于弹性分析时的疲劳和棘轮评定）不同类别。每个符号均代表6个应力分量。分析设计中，将各类应力中的各应力分量按同种应力分别叠加，得到mP组、LP组、LP+bP组、LP+bP+Q组和LP+bP+Q+F组，共5组应力分量[37]。用应力分量来计算每组的主应力1、2、3。得到的主应力计算VonMises当量应力eS：2221223311()()()2eeS（2-3）式中：mP—沿整个平均的薄膜应力，MPa；bP—沿整个厚度分布的弯曲应力，MPa；LP—薄膜应力，MPa；Q—弯曲应力，MPa。由于受到压力的作用，微元体的各点都发生变形，如图2-2所示。可得径向形变r和环向形变的表达式：()rdruduudrdudrdrrudrdurdr（2-4）图2-2微元体形变示意图Fig.2-2Schematicdiagramofmicroelementshapechange对求导，有：
深海装备用高能效电池舱结构设计及热特性研究10()rddrr（2-5）应力与应变之间的关系满足胡克定律，有表达式：()/()/rrzrzEE（2-6）其中，E为弹性模量，为泊松比，z为常数。将上式中的r、带入到公式（2-6）中整理可得：1()rrdddrdrr（2-7）化简可得应力：212212//rCCrCCr（2-8）其中，1C、2C可以由边界条件确定。若iR表示腔体的内半径，oR表示腔体的外半径。且系数/ioKRR，腔体承受均布的外压强P，则有边界条件：irR时，0r；orR时，rP，可得：1222211iPCKPCRK（2-9）对于承受外压的厚壁容器，轴向的应力均布分布。如图2-3所示。轴向内力与外力平衡，可以得到：222()ozoiPRRR（2-10）图2-3轴向应力分布示意图Fig.2-3Schematicdiagramofaxialstressdistribution根据公式（2-10）能够推导出轴向应力的表达式：
【参考文献】：
期刊论文
[1]深海潜标系统的锂电池保温材料效果研究[J]. 付平,闫枫,毕杰,杨明飞. 电源技术. 2020(01)
[2]输油管道保温技术及应用研究进展[J]. 徐超,张兆,刘鹏,刘震,王庆昭. 中国塑料. 2019(11)
[3]深海传感器封装壳体的设计与分析[J]. 吴俊飞,李国栋. 机械制造. 2019(10)
[4]UUV用动力电池现状及其发展趋势[J]. 荆有泽,刘志伟. 电源技术. 2019(06)
[5]载人潜水器马氏体镍钢载人舱设计[J]. 杨青松,胡勇,姜旭胤,姜磊. 船舶工程. 2018(08)
[6]国内外锂离子动力电池发展现状及趋势[J]. 刘国芳,赵立金,王东升. 汽车工程师. 2018(03)
[7]AUV动力电池技术的应用现状及展望[J]. 孙承亮,赵江滨,崔天宇,袁成清,周建林. 船舶工程. 2017(07)
[8]AUV动力电池应用现状及发展趋势[J]. 任丽彬,桑林,赵青,丁飞,刘兴江. 电源技术. 2017(06)
[9]论我国海洋能的研究与发展[J]. 王燕,刘邦凡,赵天航. 生态经济. 2017(04)
[10]从装备需求看鱼雷动力电池发展[J]. 高新龙,王宇轩,李学海. 鱼雷技术. 2016(03)
博士论文
[1]水下航行器电池舱段热过程研究[D]. 王艳峰.西北工业大学 2014
硕士论文
[1]电动汽车动力锂电池包结构设计及其液冷散热性能研究[D]. 杨明飞.青岛科技大学 2019
[2]基于载人潜水器的深海多参数化学传感器封装结构设计及系统集成[D]. 李国栋.青岛科技大学 2019
[3]激光多普勒深海热液流速测量系统封装结构设计分析[D]. 杜照远.青岛科技大学 2018
[4]可抛弃式深海表层沉积物抗剪强度测定装置的研发[D]. 宿晓峰.青岛科技大学 2018
[5]某型水下航行器电池舱段的动力学仿真分析[D]. 孔祥意.沈阳航空航天大学 2018
[6]一种深海环境下压力平衡方法和压力传感器的研究[D]. 杨卫华.合肥工业大学 2014
[7]环保真空静电喷涂生产线关键部件的设计[D]. 邱建春.广东工业大学 2013
[8]海底观测网络科学仪器插座模块机械结构的设计和研究[D]. 乐业清.浙江大学 2013
[9]载人潜水器耐压壳结构设计与分析[D]. 曲文新.哈尔滨工程大学 2013
[10]海流作用下潜标及其系留系统耦合作用的实验研究[D]. 田伟辉.中国海洋大学 2012
本文编号：3585988
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