【摘要】：新能源電動(dòng)汽車具有零排放等優(yōu)勢,對于減少交通污染、節(jié)約能源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,近年來發(fā)展迅速。作為電動(dòng)汽車的核心,動(dòng)力電池的性能易受溫度影響,進(jìn)而影響整車性能,因而需要有效的散熱系統(tǒng)。液體冷卻方式具有傳熱效率高、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在電池?zé)峁芾碇械玫搅藦V泛應(yīng)用。然而,隨著電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程要求的提高,電池組結(jié)構(gòu)勢必變得更加緊湊、復(fù)雜,這就對液冷系統(tǒng)提出了更高的要求。為了進(jìn)一步提高傳熱效率、降低能耗,本文建立了納米流體強(qiáng)化的自然對流電池?zé)峁芾硐到y(tǒng),并采用格子Boltzmann方法進(jìn)行模擬。隨后基于上述內(nèi)容建立了顆粒運(yùn)動(dòng)模型,研究了顆粒運(yùn)移條件下的自然對流傳熱特性。本文的主要工作和結(jié)論有:(1)結(jié)合平面插值方法的邊界條件格式和非平衡態(tài)外推法,建立格子Boltzmann模型的曲線邊界條件,在該曲線邊界條件中采用恒定熱流密度邊界來簡化電池放熱模型,實(shí)現(xiàn)電池在恒流放電過程下的產(chǎn)熱模擬。在上述模型基礎(chǔ)上,使用基于LB模型的動(dòng)量交換邊界格式實(shí)現(xiàn)流固邊界上的受力計(jì)算,并采用平衡態(tài)分布函數(shù)來更新運(yùn)動(dòng)邊界節(jié)點(diǎn),建立顆粒沉降運(yùn)動(dòng)模型。(2)針對納米流體強(qiáng)化的自然對流電池?zé)峁芾硐到y(tǒng),研究了納米流體體積分?jǐn)?shù)和瑞利數(shù)對傳熱效果的影響。發(fā)現(xiàn)隨著納米流體體積分?jǐn)?shù)的升高,電池表面最高溫度、平均溫度和溫度標(biāo)準(zhǔn)差都有一定的降低,6%vol.的銅-水納米流體可以使最高溫度降低6.5%;但隨著時(shí)間的推進(jìn),對流開始充分發(fā)展,納米流體的帶來的粘度增加在一定程度上阻礙了流體的流動(dòng),其強(qiáng)化傳熱的效果開始降低。此外,納米流體體積分?jǐn)?shù)的增加降低了流體與壁面間的溫度差異,導(dǎo)致左壁面Nu數(shù)有一定程度的降低。Ra的增加增強(qiáng)了對流換熱強(qiáng)度,然而在Ra較小時(shí),Ra的增加反而破壞了原有的以熱傳導(dǎo)為主的線性溫度場,使得電池表面存在熱量聚集現(xiàn)象,導(dǎo)致溫度有一定的上升。此外,Ra也不是越高越好,對流足夠強(qiáng)時(shí)形成的小型穩(wěn)定渦旋反而會(huì)阻礙熱量在較大范圍內(nèi)的傳遞。(3)針對存在運(yùn)移顆粒的方腔自然對流,研究了顆粒沉降開始時(shí)間、顆粒大小以及顆粒密度對流動(dòng)傳熱特性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)顆粒沉降過程可以強(qiáng)化對流換熱強(qiáng)度,并向壁面輸送大量熱量,并且因?yàn)閷α鞯陌l(fā)展,顆粒沉降開始的時(shí)間越晚,所輸運(yùn)的熱量越多,產(chǎn)生的強(qiáng)化傳熱效果越明顯。在顆粒沉降過程中,隨著顆粒半徑的增大,顆粒所驅(qū)動(dòng)的流體增多,流體獲得的速度也更大,對流換熱強(qiáng)度也更強(qiáng)。密度大小對于沉降過程中流動(dòng)傳熱特性的影響較為復(fù)雜。一方面,密度變大時(shí),顆粒的沉降速度變大,對流強(qiáng)度得到增加。另一方面,顆粒密度增加時(shí),顆粒將會(huì)更快的降落到底部壁面,將失去對對流傳熱的后續(xù)影響,原有對流模式將提早恢復(fù)。顆粒大小和密度對顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡有著顯著的影響。顆粒半徑越大,密度越大,越容易保持原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);顆粒密度增大時(shí),軌跡向方腔中間偏斜;顆粒半徑增大時(shí),雖然其慣性更大,但與流體接觸面積也更大,易受到更多流體影響,導(dǎo)致軌跡向左壁面偏斜。
【圖文】：

據(jù)不同格子Boltzmann模型, 選擇控制方程, 并對Boltzmann 方法對等溫不可壓縮流動(dòng)進(jìn)行模擬, 則程;據(jù)物理問題, 給定所有節(jié)點(diǎn)上的宏觀參量(密度、數(shù)等), 并由此計(jì)算出所有節(jié)點(diǎn)上各個(gè)方向的平衡場;解離散后的控制方程, 例如, 采用遷移碰撞規(guī)則求據(jù)邊界條件, 在相應(yīng)邊界節(jié)點(diǎn)上實(shí)施邊界處理格式于不同格子 Boltzmann 模型的宏觀量的定義法則斷計(jì)算是否收斂;計(jì)算收斂, 則輸出計(jì)算結(jié)果; 否則返回第 4 步, 繼如下所示：確定計(jì)算模型

圖 2-1 曲線邊Fig. 2-1 Schematic of the boun(1)定位固體邊界節(jié)點(diǎn) GP。該節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)，在計(jì)算時(shí)需要將所有該類型的節(jié)點(diǎn)(2)定位節(jié)點(diǎn) GP 關(guān)于曲線邊界的對方法中的節(jié)點(diǎn)，但可以實(shí)現(xiàn)其周圍節(jié)點(diǎn) NIP 點(diǎn)的變量值可以通過下式進(jìn)行插值計(jì)4IP NP1kkk 其中 Γ 代表關(guān)鍵變量，例如速度、溫k 為插值權(quán)重，可以通過下式得到：142 211 1k k kkk kd d 其中dk為每個(gè) IP 節(jié)點(diǎn)與相應(yīng)的流體
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK124

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2710826