液冷微通道内相变微胶囊的壁面温升抑制特性数值模拟

相变微胶囊悬浮液是一种新型的蓄热-传热功能流体,目前对相变微胶囊与基液流固传递作用认识的欠缺,导致宏观上对悬浮液流动传热性能的研究结果存在较大的差异.为此,本文采用任意拉格朗日-欧拉方法模拟相变微胶囊在液冷微通道内流固作用下的流动传热特性,对比普通颗粒及相变胶囊对液冷微通道壁面温升的抑制作用,考察胶囊位置、形状及数量对壁面温升抑制的影响.结果表明:胶囊及颗粒均对它们上游区域的壁面温升产生抑制作用,而胶囊的相变使得抑制效果更加明显;胶囊越靠近壁面自旋运动越快,越有利于流体与壁面的换热,对壁面温升抑制效果越强,尤其是靠近受热面时;相比椭圆形胶囊,圆形胶囊自旋运动更激烈,对壁面温升抑制效果更优;随着加热区内胶囊数的增加,最大抑制效果在逐渐提升.     

液冷辅助热管动力电池热管理性能研究

电池的冷却系统是电动汽车电池发展的重要研究课题。基于夹层结构的热管冷却系统来测量锂电池在25℃环境温度和3C放电倍率下的表面温度。文章分析了自然对流、热管和液冷辅助热管冷却方式,通过对比锂电池表面T_max来比较冷却系统的性能,与自然冷却相比,热管和液冷辅助热管冷却系统的最高电池温度分别降低了8.21%和30.09%,实验结果表明液冷辅助热管的冷却系统在较高热负荷下是有效的。20、30和40 L/h的水流循环能够将T_max平均减少31.74%,实验结果表明该冷却系统的冷却性能会分别随着冷却液流量的加快和冷却液温度的降低而提高。     

圆柱形锂电池在局部压痕下的安全性实验研究

锂电池局部挤压是汽车碰撞引发的主要损伤形式。为了明确锂电池在受到局部挤压时的安全性能,利用自研的机械滥用实验平台,对18650锂电池进行局部压痕实验,以渐进压缩的方式分析其失效过程,得到了失效过程及温度演变规律,讨论了电池荷电状态、加载速度、压痕位置和压头尺寸对电池安全的影响。结果表明：锂电池受局部挤压后有明显的热失控规律,失效后不会立即发生热失控,存在一定的反应时间;电池荷电状态与热失控剧烈程度成正相关,加载速度决定了电池的失效时间;靠近电池负极一端受到损伤时更易引发热失控现象,且受损面积较大时温度更高。实验结果可为锂电池包的安全性设计提供有益的建议。     

基于柔性通道的圆柱型锂电池热管理实验研究

本文建立了一种基于柔性金属微通道内流动沸腾换热的圆柱型锂离子电池热管理系统。柔性铝微通道结构能够与圆柱型电池很好的接触,并且槽道内工质流动与相变换热可以有效地带走电池放电过程中产生的热量。实验研究了柔性铝槽道板与圆柱型电池表面接触面积和槽道内工质质量流量对电池热性能和电化学性能的影响,并与无冷却结构的电池放电实验结果进行了比较。柔性铝槽道板工质入口质量流量为5.98 kg/h时,电池表面温度和表面温度差最小,电池的输出电压和容量最佳。此外,在考虑热性能、宏观电化学特性、入口质量流量和冷却性能的基础上对实验进行了优化设计。     

多元低共熔材料热物性及电池热管理性能研究

多元共熔相变材料在储热及控温领域具有重要的应用价值,本文通过低共熔理论合成了三种多元共熔相变材料,CALA-MA-PA (CLMP),CA-LA-PA-SA (CLPS)和 CA-LA-TD (CLTD),相变温度分别为 13.47℃,13.47℃和 8.95℃,对应的相变潜热为137.67 J·g~(-1),142.44 J·g~(-1)和138.98 J·g~(-1)。此外,本文对合成的多元共熔相变材料的基本物性、导热系数以及热稳定进行研究,并利用电化学产热作为热源,对三种多元共熔相变材料的电池热管理性能进行了研究,结果表明,三种多元共熔相变材料均能达到理想的控温效果,降低温差,提高电池寿命及热安全性。     

井下恶劣环境冲击波发生器热管理的实验研究

页岩油开采系统面临井下恶劣环境,为了保证设备的长期稳定性,本文提出了一种外部热防护配合内部储热的井下冲击波发生器热管理系统。构建石蜡与泡沫铜的复合相变材料储热装置,并对多种热防护措施进行评估。结果表明,在100℃井下热环境中,外环境对于系统内部电子元件的影响较大;在仅使用空气作为隔热层的情况下,热辐射占比大于30%,而使用酚醛树脂可以有效提升热防护层的等效热阻;然而随着外部环境温度的提升,热防护层的效果逐渐降低。采用热防护结合内部相变储热的热管理方法,可将电子元件持续工作1.5 h时的节点温度控制在90℃以下。     

液冷薄片构型激光器及其热管理技术

为了解决增益介质的热效应问题,提出了一种浸没式构型液冷激光器方案,该构型激光器在10Hz重复抽运频率下,获得了615mJ的能量输出,光光转换效率为21%,斜率效率为23%.基于流体力学和热力学原理,建立了激光器增益区流场的热-流-固耦合模型,利用软件模拟和有限元分析法,研究了在不同流速、泵浦功率条件下,整个增益区的温度场、速度场的分布特性;并基于增益区温度场的分布,分析了液冷条件下通过增益区的激光波前畸变特性.结果表明,增益介质的最大光程差为0.7666λ,冷却液最大光程差为-4.7331λ,说明该构型激光器有着良好的热管理性能.     

基于液冷技术的电子方舱综合环控方案探讨

本文介绍了一种电子方舱的综合环控方案,通过液冷技术的应用,实现了对系统级电子设备方舱内部的舱内环境、设备级、板级甚至元器件级等多层级负载的协同热管理。该方案可根据各负载的工作情况动态匹配冷却液流量,并能够进行多级能量调节;整机采用双冷源设计方案,具备节能、高效,高可靠等特点。     

Numerical modeling of lithium ion battery for predicting thermal behavior in a cylindrical cell

The thermal behavior of lithium ion battery during charge and discharge is investigated by a numerical simulation. The commercially available cylindrical 18650 battery is modeled in this study. Two different models are used. The porous electrode model is simulated to obtain the Li content inside the particles. The transient thermo-electric model is used to predict the temperature distribution inside the cell. The results suggest that the increase in temperature during discharge is higher than that during charge. The temperature difference between charge and discharge is decreased with increasing C-rates. At a rate of 1C, the discharge temperature increases with a waving region at the beginning, whereas the charge temperature increases until certain point and then decreases. The thermal behavior is closely related to the change in entropy and applied current.     

A thermal and electrochemical properties research on gel polymer electrolyte membrane of lithium ion battery

N-methyl-N-propyl-piperidin-bis(trifluoromethylsulfonyl)imide/bis(trifluoromethylsulfonyl) imide lithium base/polymethyl methacrylate(PP₁₃TFSI/LiTFSI/PMMA) gel polymer electrolyte (GPE) membrane was prepared by in situ polymerization. The physical and chemical properties were comprehensively discussed. The decomposition characteristics were emphasized by thermogravimetric (TG-DTG) method in the nitrogen atmosphere at the different heating rates of 5, 10, 15 and 20 °C min⁻¹, respectively. The activation energy was calculated with the iso-conversional methods of Ozawa and Kissinger, Friedman, respectively, and the Coats-Redfern methods were adopted to employ the detailed mechanism of the electrolyte membrane. The equation f(α)=3/2[(1−α)^1/3−1] was quite an appropriate kinetic mechanisms to describe the thermal decomposition process with an activation energy (E_α) of 184 kJ/mol and a pre-exponential factor (A) of 1.894×10¹¹ were obtained.     

兰姆波锂电池极化电压优化实验*

为了降低极化对电池的影响,应用兰姆波技术对锂电池进行优化极化电压的实验。结合二阶电路模型,计算锂电池的极化电压,分析极化电压随各影响因素的变化关系。实验结果表明：当兰姆波的激发频率一定时,极化电压优化幅值随加在压电陶瓷两端的激发电压的增大而增大,呈线性变化;当兰姆波的激发电压保持不变时,极化电压优化幅值与加在压电陶瓷两端的激发频率不成线性关系,而是在某一共振激发频率内达到最优。     

不同环氧材料及其浸渍的超导线圈的应力特性

主要研究由液氮与线圈温差产生的热应力是否会破坏YBCO高温超导线圈,从而为实际操作过程中线圈受力损坏的来源提供一定的参考。将多种环氧材料热膨胀系数测试的结果用于仿真计算后,与相应的YBCO带材临界应力测试结果相比较,发现经配置的环氧树脂浸渍处理的线圈、液氮冷却过程中产生的热应力不会破坏线圈。     

液态锂实验装置中水冷效率模拟

应用商业软件CFX 计算了液态锂流速、热通量、冷却水的速度和温度对自由流动液态锂在热负荷作用下液态锂温度和水冷效率的影响。结果表明：液态锂温度随液态锂流速的增大而降低。热通量小于2MW·m^-2 时,水冷能够满足对液态锂温度控制的要求;在更大热通量作用下,水冷却显现出冷却能力不足。增大冷却水流速是降低液态锂温度、提高冷却效率的有效途径;冷却水温度对液态锂温度和冷却效率的影响较小。     

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Using commercial software CFX, the effect of velocity of liquid lithium, heat flux, velocity and temperature of water on temperature of the free flow liquid lithium and cooling efficiency of water under the action of thermal load was calculated. Results indicate that temperature of liquid lithium will decrease with the increase of velocity of liquid lithium. When heat flux is less than 2MW·m^-2, water cooling can meet the requirements of the temperature control of liquid lithium, however, cooling capacity of water is insufficient when heat flux is much higher. Increasing the velocity of cooling water is the effective way to decrease temperature of liquid lithium and improve cooling efficiency. The temperature of water has a little impact on temperature of liquid lithium and cooling efficiency.     

液冷服系统性能试验研究

当前采用蒸汽压缩制冷技术的液冷服主要用于装备,由于存在尺寸大、重量重等问题,无法满足其他用户需求。通过设计一款以水为载冷剂、采用蒸汽压缩制冷技术的液冷服系统,其制冷单元重量为2. 7 kg,尺寸为184 mm×200 mm×93 mm。由液冷服传热模型分析确定额定制冷量为180 W(环境温度43℃时)。经性能试验得出,环境温度为43、50℃时的制冷量分别为185、80 W;环境温度为43℃,出液温度23、28℃时制冷量分别为220、256 W;压缩机转速为5 400、6 300 r/min时制冷量分别为100、163 W;系统准备时间为3. 5 min;连续运行120 h未出现漏水、不制冷等现象;测定噪声为59. 5 d B(A)。该产品具有尺寸小、重量轻、运行温度范围宽、冷量输出可调节、准备时间短、运行可靠等特点,能达到为人体降温的目的。     

炸药柱面内爆磁通量压缩实验技术研究

炸药柱面内爆磁通量压缩实验技术 (MC-1) 是一种原理独特的高能量密度实验技术, 它是利用炸药内爆驱动金属套筒压缩其内部磁通量从而实现超高磁场, 利用超高磁场可以对其内部的样品实现等熵压缩. 由于这项技术具有超高磁场、等熵加载等特点, 在材料高压物性、新材料高压合成、及超强磁场下的凝聚态物理等多个领域都具有广阔的应用前景. 2011年, 中物院流体物理研究所在国内率先开展了这一方面的实验研究工作, 研制成功了单级MC-1实验装置, 观测到了MC-1实验的典型实验特征, 获得了超过430T的动态超强磁场. 数值分析表明, 利用这项技术可以实现对材料的等熵压缩. 这项技术的研究对于我国未来开展极端条件下的凝聚态物理研究具有积极的意义. 关键词： 柱面内爆 磁通量压缩 等熵压缩 超强磁场     

包含液相扩散方程简化的锂离子电池电化学模型

锂离子电池的电化学模型对于电池特性分析和电池管理具有重要意义,但是准二维(P2D)模型复杂度太高,为了在保证模型精度的基础上尽量降低复杂度,本文提出了一种包含液相简化的P2D (LSP2D)模型,该模型首先基于电化学平均动力学将电池端电压化简成为仅耦合固相Li+浓度c_s和液相Li+浓度c_e的方程,然后进一步对表达c_s和c_e演化规律的偏微分方程进行抛物线近似化简,使得最终的模型由多项式组成.COMSOL仿真表明在放电倍率为1C时该模型与单粒子(SP)模型的估算精度和速度相当,但在放电倍率为3C时,该模型的估算时间比P2D模型减少了99.73%,与SP模型相当,估算精度相比SP模型有大幅度提升.     

Electrochemical characterization of ionic liquid based gel polymer electrolyte for lithium battery application

High molecular weight polymer poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene) (PVdF-HFP), ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(fluorosulfonyl)imide (EMIMFSI), and salt lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI)-based free-standing and conducting ionic liquid-based gel polymer electrolytes (ILGPE) have been prepared by solution cast method. Thermal, electrical, and electrochemical properties of 80 wt% IL containing gel polymer electrolyte (GPE) are investigated by thermogravimetric (TGA), impedance spectroscopy, linear sweep voltammetry (LSV), and cyclic voltammetry (CV). The 80 wt% IL containing GPE shows good thermal stability (~?200 °C), ionic conductivity (6.42?×?10^?4 S cm^?1), lithium ion conductivity (1.40?×?10^?4 S cm^?1 at 30 °C), and wide electrochemical stability window (~?4.10 V versus Li/Li⁺ at 30 °C). Furthermore, the surface of LiFePO₄ cathode material was modified by graphene oxide, with smooth and uniform coating layer, as confirmed by scanning electron microscopy (SEM), and with element content, as confirmed by energy dispersive X-ray (EDX) spectrum. The graphene oxide-coated LiFePO₄ cathode shows improved electrochemical performance with a good charge-discharge capacity and cyclic stability up to 50 cycles at 1C rate, as compared with the without coated LiFePO₄. At 30 °C, the discharge capacity reaches a maximum value of 104.50 and 95.0 mAh g^?1 for graphene oxide-coated LiFePO₄ and without coated LiFePO₄ at 1C rate respectively. These results indicated improved electrochemical performance of pristine LiFePO₄ cathode after coating with graphene oxide.