基于蛇形通道的电池组液冷方案设计与优化

相较于传统汽车，电动汽车在大力发展新能源的背景下具有良好的应用前景。电池作为电动汽车的动力源之一，其输出性能极易受到温度的影响，电池热管理系统对控制电池工作温度、延长电池组寿命、保障电动汽车安全稳定行驶等都具有重要意义。针对动力电池在工作过程中因自身温度过高而产生不利影响的现象，先分析了电池的生热特性。然后，提出了一套基于蛇形通道的液体冷却热管理方案并进行优化。最后，温度场仿真结果表明:优化后的液冷结构对电池组的工作环境有显著影响，高温工况下能够使电池工作在最佳温度范围20 35℃之内，同时满足电池组内温差小于10℃的要求。      

锂电池相变材料/风冷综合热管理系统温升特性

锂电池在高倍率充放电过程中会产生大量热量,此热量不及时散出会导致电池超温进而影响电池的使用寿命,甚至导致安全事故。本文设计了一种新型相变材料/风冷综合热管理系统(TMS),并对综合热管理方式下的电池温升特性进行了实验和理论研究。基于集总参数法,结合电池生热及散热机理,建立了电池发热功率计算模型以及相变材料/风冷综合TMS电池温度场数学模型,计算了电池单体发热功率,分析了环境温度、电池充放电循环初始温度、相变温度、对流热阻以及电池和相变材料之间的导热热阻对电池综合TMS性能的影响。结果表明:综合TMS的冷却性能优于纯风冷热管理系统;电池充放电过程为非稳态传热过程,因此较高的初始温度带来超温风险;电池温度场数学模型能准确反映电池升温行为;较高的环境温度下,电池最大温升幅度降低,但可能导致电池最高温度超过安全温度;相变材料的相变温度越低,电池最大温升越低;减小导热热阻及对流热阻能显著提高TMS性能。     

纳卫星微槽道冷却系统在轨动态热特性分析

针对纳卫星热流密度不断升高的发展趋势,介绍了一种基于微机电技术(MEMS,Micro Electro Mechanical Systems)的泵驱动单相流微槽道冷却系统.通过合理分析与简化,应用集总参数法建立了能够反映受控对象及冷却装置动态特性的温度响应模型;运用数值方法仿真计算了某纳卫星在轨飞行中受空间外热流影响下的外部散热面和内部电子设备温度的变化规律.仿真结果表明:应用MEMS技术的微槽道冷却系统可以满足高热流密度的纳卫星热系统的冷却需求;空间外热流相对于星体内部热功率的变化,对纳卫星散热面温度的影响较小;该建模方法和求解算法对分析计算纳卫星的温度动态特性是简便、合理的,并为进一步深入研究纳卫星热控制、热管理理论与技术奠定了理论研究及工程应用基础.     

电动汽车传动系参数设计及动力性仿真

对电动汽车电动机、传动系的传动比和电池组容量等参数设计的原则和方法进行了分析和探讨,并以某种型号电动汽车为研究对象,对动力传动系的参数进行合理的选择和设计.建立了整车动力传动系统及其关键零部件电动机、电池、减速器等的性能仿真模型.应用电动汽车仿真软件ADVISOR(Advanced Vehicle Simulator)对整车动力性进行了仿真计算.仿真结果表明,以锂离子电池为能源的电动汽车的加速性、爬坡能力、最大车速、续驶里程等动力性能均满足设计指标要求,从而验证了仿真模型的正确性和有效性.      

液氮贮箱常压停放实验与数值仿真

为研究低温推进剂的常压停放过程,设计了可视化液氮贮箱实验系统。实验中研究充填率和环境温度对液氮汽化量的影响,并测量贮箱内流体和贮箱外壁面的温度随时间和位置的变化。实验得出贮箱常压停放过程,相变主要在壁面和气液界面产生,并且气枕区存在温度分层,距出口位置越近温度越高;而液体区温度基本一致,处于饱和状态。贮箱外壁面在轴向的温度分布显著不同,处于液体区壁面温度低。运用分子动力学推导出的Hertz-Knudsen公式作为气液相变的传热传质源项,并据实验测得温度边界条件,采用混合物模型对贮箱常压停放状态进行30 min的数值仿真。仿真得到结果显示体积汽化速率与实验数据的偏差在5%以内,液体区的温度仿真与实验的偏差在0.15 K左右。      

电子对撞机束流管冷却系统模糊控制仿真

电子对撞机运行过程中,会产生很多同步辐射热,这些热量均通过束流管冷却系统散失出去.针对束流管冷却这个关键技术难题,研制了一种全新的基于模块化的主动式液体冷却系统;通过合理的分析与简化,应用集总参数法建立了束流管冷却系统的温度动态特性模型,导出了并联调节阀流量特性的数学方程;根据模型给出了相应的模糊控制策略,并在此基础上对束流管冷却系统的控制策略进行了仿真研究.仿真结果表明:采用模糊控制策略的冷却系统具有稳定、超调小的特点,优于传统的比例积分微分(PID)控制策略,能很好地满足电子对撞机的要求,并可以据此指导工程设计.     

基于多米诺效应的锂离子电池热释放速率分析方法

常用实验手段测得单节锂离子电池热释放速率无法真实反映航空运输包装件内大量锂离子电池因发生多米诺效应导致热量散失及传递过程间歇性变化。本文提出一种基于多米诺效应的锂离子电池热释放速率等效分析方法,即通过自主设计的实验平台对3×3排布的典型18650型锂离子电池热失控后发生的多米诺效应及各节电池表面温度进行分析。利用FLUENT使用标准18650型锂离子电池热释放速率曲线用于同等实验条件下的锂离子电池热失控传播仿真模拟,采用二分法逐次修正标准热释放速率、使仿真和实验的锂离子电池表面温度相符。将获得等效的锂离子电池热释放速率曲线再次应用于仿真,得到各电池的最高温度及达到最高温度的时间和实验数据相吻合,验证了修正后的等效热释放速率模型可靠性。该方法可适用于各型号及不同数量包装件内锂离子电池热释放速率获取,指导航空运输锂离子电池火灾防控工程实际。     

空气域与流体域耦合作用下双层电池包散热特性

多层垒叠电池包内空气域的存在使各层模组热流场耦合在一起,从而影响电池模组的散热性能。以方形双层电池包为研究对象,建立考虑电池模组与空气对流换热的液冷热模型。该模型中电池发热功率基于试验测定结果,前处理软件采用ANSA确保仿真精度,后处理软件采用CFX,对在不同放电倍率、冷却液进液方向和进液流量下双层电池结构中空气域对液冷热管理系统热行为的影响进行了研究,并与不考虑空气域同工况仿真结果对比。结果表明:空气域的存在不会对液冷双层电池包上下层模组温度分布产生影响;但可以降低上下层模组间的温差,其中上下层模组最高温升的差值最大可降低49.1%,改善了整包电池温度的一致性。      

贮箱内低温推进剂汽化过程的CFD数值仿真

为研究贮箱内低温推进剂相变对推进剂温度和贮箱压力的影响,对贮箱内的传热传质过程进行了仿真.仿真涉及的物理过程包括贮箱与外界环境的换热、推进剂的自然对流、推进剂与贮箱内壁面的换热以及低温推进剂的相变过程等.根据热力学平衡原理建立了低温推进剂相变模型,使用CFD(Computational Fluid Dynamic)方法对处于地面常压停放状态的液氢贮箱进行了450 s的仿真.研究表明随着贮箱壁面传热过程的稳定,推进剂的温度分布、流动状态以及相变情况会趋于稳定;通过仿真获得了推进剂单位时间的汽化量;影响相变的主要因素是贮箱壁面漏热以及推进剂自身的对流运动.     

静压气浮直驱转台热特性

以开发满足精密工程应用的静压气浮直驱转台为目标,研究静压气浮直驱转台结构的热稳定性.首先,分析了静压气浮直驱转台的发热-传热特性,建立了三维热特性有限元模型,计算了气浮直驱转台的温度场云图;用间接耦合的分析方法,将温度场作加载条件,进行转台热-结构耦合分析;然后,对比研究了两种直驱电机安置结构对转台热稳定性的影响,提出了静压气浮直驱转台的空气强制对流冷却方案;最后,完成了无框力矩电机后置式静压气浮直驱转台的温度场检测实验.实验结果表明,静压气浮直驱转台测试点的计算与实测温度的最大误差为1.93 ℃,稳态温度场分布计算精度较高;温度分布稳态时,气浮转台止推轴承气膜单侧间隙的变化量为0.55 μm,在空气轴承气膜设计允许的波动范围内,对轴承性能不产生明显的影响.电机后置式直驱静压气浮转台结构的热稳定性好,适合工业应用.     

真空条件下多孔平板发汗冷却试验研究

发汗冷却是解决高速飞行器关键部位热防护问题的有效途径。以不同材料的多孔平板为研究对象，以水为冷却剂，利用自行设计搭建的试验平台对多孔平板发汗冷却过程进行瞬态试验测量，得到了不同热流加热环境下不同材料多孔平板内外壁温度变化，并分析冷却剂对不同材料的冷却效果。结果表明:发汗冷却极大降低了多孔平板内外壁温度，起到了有效的主动热防护作用。对于镍、铜金属多孔平板，保持冷却剂水流量约3.5 g/s，在热流密度小于120 kW/m2的条件下，多孔平板内外壁温度稳定在30~50℃。对于陶瓷多孔平板，保持冷却剂水流量约0.32 g/s，在热流密度小于220 kW/m2的条件下，多孔平板内外壁温度基本稳定在30~40℃。在高热流密度315 kW/m2的条件下，对于镍、铜金属和陶瓷多孔平板，发汗冷却时平板内壁温度变化不大，外壁温度分别稳定在约260℃、110℃和130℃。外壁冷却剂处于完全汽化状态，且冷却剂汽化相变位置在多孔平板内部。若无发汗冷却，多孔平板内外壁温度快速升高，其平衡温度较有发汗冷却时大幅提高，进一步表明发汗冷却的巨大应用潜力。      

蜂窝平板太阳能集热器研制及闷晒性能实验

研制了一种含有透明绝热结构的太阳能蜂窝平板集热器，从理论上分析了集热器吸热板与蜂窝板间有空气隙的复合蜂窝结构的表面传热损失，并对闷晒实验作了描述和总结。实验发现：蜂窝结构大大提高了集热器吸热板的闷晒平衡温度；理论分析也指出：蜂窝结构显著降低了集热器的表面热损失系数。因此，采用透明绝热蜂窝结构是提高太阳能集热器集热效率的一种有效方法。     

Temperature and humidity control system in a lunar base.

An increasing number of lunar base construction programs are in the process of developing lunar resources such as helium 3. The objective of the present work is to evaluate the temperature and humidity control system, which will allow man to live and work on the moon while developing lunar resources. The results of thermal load calculation show that the load of electric lighting is a 80 to 90% of the cooling load in the habitat module and that only the cooling function is required for temperature control. Due to this, a fluorocarbon refrigerant heat pump system was selected to satisfy reliability, energy consumption, size and weight requirements for the lunar base equipment. According to the load calculation, occupants will feel discomfort due to radiant heat from lighting fixtures. To resolve this problem, an air conditioning system, used in combination with forced convective cooling and panel cooling on the ceiling, was adopted in the living space. Moreover, the experiment on the ground was carried out to evaluate the effects of panel cooling.     

战斗机地面停放时飞行员综合热应激预测模型

预测夏季战斗机地面停放时飞行员的热应激,以提高航卫等有关人员对飞行员受高温影响的认识,并为采取必要的防护措施提供依据.首先由气象条件估算战斗机座舱内热环境参数,分析穿着夏季飞行基础服装时飞行员在座舱热环境中的热调节过程,模拟飞行员热生理指标变化情况,从而预测飞行员的热应激水平.编制了飞行员穿夏季基础着装在座舱中的热分析软件,给出了热应激预测结果,经高温舱试验验证,人体平均皮肤温度、核心温度及平均体温增值计算与试验结果变化趋势相同,且量值接近,热应激预警结果一致.综合热应激指数模型预测与试验结果对比偏差均小于20%,预测模型合理可靠,能满足使用要求.      

适用于月面高温环境的嫦娥三号地形地貌相机热设计

“嫦娥三号暠月面探测器上安装的地形地貌相机工作时直接暴露在月面高温环境下,受月表红外辐射影响很大,给热控设计带来很大难题。为解决设备工作时的高温问题,在外热流分析的基础上提出了以“最佳散热位置暠为核心的热控方案,设备处于“最佳散热位置暠时能够获得较好的初始温度和最快的降温速率;另外通过把散热面布置在月表红外辐射热流最小的位置并在除散热面以外的其他表面包覆多层隔热组件这两个措施,可以最大程度减小月表红外辐射的影响。地形地貌相机在轨开机工作前的各飞行阶段遥测数据均满足存储温度指标要求并且有较大余量;开机工作环拍一周的遥测数据满足工作温度指标要求并且与热分析结果符合较好,初始温度与遥测温度数据偏差为-1灡7曟,温升速率和降温速率偏差分别为14灡9%和16灡9%。这表明该热控方案正确可行,可为后续中国深空探测类似热控问题参考。