泡沫鋁-石蠟復(fù)合相變材料蓄熱性能數(shù)值研究.pdf

1、在能源危機(jī)的時(shí)代背景下，綠色新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅猛。作為電動汽車、混合動力汽車及燃料電池汽車蓄能裝置中的核心元件，大容量鋰離子動力電池愈發(fā)廣泛地受到重視。在影響鋰電池工作性能的各項(xiàng)指標(biāo)當(dāng)中，溫度條件尤為重要。合理的溫度環(huán)境是提高電池工作可靠性和延長電池壽命的關(guān)鍵所在，因此對電池進(jìn)行有效的熱管理勢在必行。采用相變材料(PCM)的熱管理系統(tǒng)具有蓄熱量大、系統(tǒng)體積小、結(jié)構(gòu)簡單和無需消耗額外能量等優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用前景廣闊。
　　相變材料的

2、蓄熱特性決定了熱管理系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，本文首先對單質(zhì)石蠟相變材料和泡沫鋁/石蠟復(fù)合相變材料的蓄熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對比了不同工況下的相變響應(yīng)時(shí)間、溫度分布和蓄熱時(shí)間。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，相較于單質(zhì)石蠟，復(fù)合相變材料的相變響應(yīng)時(shí)間更短，溫度分布也更為均勻。此外，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在7000W/m2、12000W/m2、15000W/m2這三種加熱工況下，復(fù)合相變材料的蓄熱時(shí)間比單質(zhì)石蠟分別縮短了35.35％、22.14％、39.90％。
　　鑒

3、于實(shí)驗(yàn)測點(diǎn)的局限性，無法全面獲得相變材料整個(gè)蓄熱過程中相變界面與溫度場、速度場的變化，以及傳熱因素的影響作用，因此，本文重點(diǎn)通過數(shù)值模擬手段，建立符合真實(shí)泡沫鋁骨架結(jié)構(gòu)特征的物理模型并對其蓄熱過程進(jìn)行數(shù)值分析。分別采用面中心法(FCC)和體中心法(BCC)構(gòu)造了不同的泡沫鋁骨架模型，該骨架模型可按計(jì)算需求改變孔隙率和孔隙尺度。經(jīng)驗(yàn)證，模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，相變材料內(nèi)的相變界面變化與速度場和骨架結(jié)構(gòu)有關(guān)。泡沫鋁

4、骨架的存在對復(fù)合相變材料中速度場的發(fā)展影響較大，在高Ra數(shù)下，骨架的影響有所減弱。孔隙率也是影響復(fù)合相變材料傳熱特性的因素之一，孔隙率較小的復(fù)合相變材料中溫度分布更為均勻，且復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱速率隨孔隙率的增大而減小。在孔隙尺度方面，由于復(fù)合相變材料中的傳熱方式主要為導(dǎo)熱，而單質(zhì)石蠟中的傳熱方式主要為自然對流，因此復(fù)合相變材料中的泡沫鋁骨架孔隙尺度增加1倍，則材料內(nèi)速度最大值增長4倍，但整體傳熱速率有所下降，即復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱性能隨泡