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Development and Analysis of a New Cylindrical Lithium-Ion Battery Thermal Management System

Chinese Journal of Mechanical Engineering 2022年第4期35卷 298-312页

作者： yasong sun Ruihuai Bai Jing Ma School of Power and Energy Northwestern Polytechnical UniversityXi’an 710072China Center of Computational Physics and Energy Science Yangtze River Delta Research Institute of NPUNorthwestern Polytechnical UniversityTaicang 215400China School of Automobile Chang’an UniversityXi’an 710064China

With the development of modern technology and economy,environmental protection and sustainable development have become the focus of global *** promotion and development of electric vehicles(EVs)have bright ***,many challenges need to be faced *** diferent operating conditions,various safety problems of electric vehicles emerge one after another,especially the hidden danger of battery overheating which threatens the performance of electric *** paper aims to design and optimize a new indirect liquid cooling system for cylindrical lithium-ion *** design schemes for diferent cooling channel structures and cooling liquid inlet directions are proposed,and the corresponding solid-fuid coupling model is *** Multiphysics simulation software is adopted to simulate and analyze the cooling *** approximate model is constructed using the Kriging method,which is considered to optimize the battery cooling system and improve the optimization *** parameter analysis and the optimization design of system structure are performed through a set of infuencing factors in the battery thermal *** results indicate that the method used in this paper can efectively reduce the maximum core temperature and balance the temperature diferences of the battery *** with the original design,the optimized design,which is based on the non-dominated sorting genetic algorithm(NSGA-II),has an excellent ability in the optimized thermal management system to dissipate thermal energy and keep the overall cooling uniformity of the battery and thermal management ***,the optimized system can also prevent thermal runaway propagation under thermal abuse *** summary,this research can provide some practical suggestions and ideas for the engineering and production applications and structural optimization design carried by electric vehicles.

关键词： Cooling system Electric vehicle Kriging approximation Numerical simulation

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Enhanced near-field radiative heat transfer between core-shell nanoparticles through surface modes hybridization

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Fundamental Research 2024年第5期4卷 1092-1099页

作者： Yang Hu Haotuo Liu Bing Yang Kezhang Shi Mauro Antezza Xiaohu Wu yasong sun Shandong Institute of Advanced Technology Jinan 250100China Basic Research Center School of Power and EnergyNorthwestern Polytechnical UniversityXi'an 710072China Center of Computational Physics and Energy Science Yangtze River Delta Research Institute of NPUNorthwestern Polytechnical UniversityTaicang 215400China School of Energy Science and Engineering Harbin Institute of TechnologyHarbin 150001China Centre for Advanced Laser Manufacturing(CALM) School of Mechanical EngineeringShandong University of TechnologyZibo 255000China Centre for Optical and Electromagnetic Research National Engineering Research Center for Optical InstrumentsZhejiang UniversityHangzhou 310058China Laboratoire Charles Coulomb(L2C)UMR 5221 CNRS-Universitéde Montpellier Montpellier F-34095France Institut Universitaire de France 1 rue DescartesParisCedex 05 F-75231France

Core-shell nanoparticles(CSNPs)are widely used in energy harvesting,conversion,and thermal management due to the excellent physical properties of different *** of the synergistic interaction between the core and the shell,the thermal radiative properties are expected to be further *** this work,we achieve near-field radiative heat transfer(NFRHT)enhancement between SiC@Drude *** results show that the total heat flux between NPs is 1.47 times and 9.98 times higher than homogeneous SiC and Drude NPs at the same radius when the core volume fraction is *** modes hybridization arising from the interfaces of the shell-core and shell-air contributes to the improved thermal *** effect of shift frequency on the NFRHT between SiC@Drude CSNPs is studied,showing that the enhancement ratio of NFRHT between CSNPs can reach 4.34 at a shift frequency of 1×10^(14) rad/s,which is 38.34 times higher than the previous *** study demonstrates that surface modes hybridization in CSNPs can significantly improve NFRHT and open a novel path for high-efficiency energy transport at the nanoscale.

关键词： Near-field radiative heat transfer Core-shell nanoparticle Homogeneous nanoparticle Surface modes hybridization Shift frequency

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多因素耦合作用对甲烷爆炸特性的影响

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爆炸与冲击 2023年第3期43卷 18-27页

作者：刘可心刘炜孙亚松西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 西北工业大学太仓长三角研究院计算物理与能源科学中心江苏太仓215400

为了探究多因素耦合作用对甲烷爆炸特性的影响,采用1.2 L圆柱形爆炸装置,结合自主设计和搭建的可燃气体爆炸试验平台,从最大爆炸压力的角度分析了不同当量比φ(0.6~1.4)、初始温度T0(25~200℃)和初始压力p0(0.1~0.5 MPa)耦合条件对甲烷... 详细信息

为了探究多因素耦合作用对甲烷爆炸特性的影响,采用1.2 L圆柱形爆炸装置,结合自主设计和搭建的可燃气体爆炸试验平台,从最大爆炸压力的角度分析了不同当量比φ(0.6~1.4)、初始温度T0(25~200℃)和初始压力p0(0.1~0.5 MPa)耦合条件对甲烷爆炸特性的影响规律。在此基础上,基于实验获得的最大爆炸压力数据,利用1stOpt构建了甲烷最大爆炸压力与当量比、初始温度和初始压力的非线性回归预测模型。结果表明:在初始温度和初始压力耦合作用下,初始压力越高,初始温度对最大爆炸压力的影响越大;初始温度越高,初始压力对最大爆炸压力的影响越小。在初始压力和当量比耦合作用下,在研究的实验条件范围内,当φ1.2时,初始压力越高,最大爆炸压力的变化越显著。在初始温度和当量比耦合作用下,在实验条件范围内,当φ>1.15时,初始温度越高,最大爆炸压力的变化越显著。此外,通过将基于1stOpt预测模型的预测结果与实验测试结果相比较,发现二者之间的相对误差均小于10%,表明该预测模型具有较高的精度和适应性。

关键词：最大爆炸压力耦合作用甲烷-空气混合物预测模型

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基于热管的储能锂电池散热特性数值模拟研究

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中国电机工程学报 2023年第17期43卷 6737-6745页

作者：马菁段志勇孙勇飞孙亚松长安大学汽车学院陕西省西安市710018 长安大学能源与电气工程学院陕西省西安市710018

针对大规模集成储能锂电池的温度一致性需求,提出一种基于热管的散热结构,包括导热铝箱和热管。选取储能锂电池包作为研究对象,建立三维产热模型。采用数值模拟的方法,首先确定热管最佳布置方式;再通过正交试验法探究散热结构中各因素... 详细信息

针对大规模集成储能锂电池的温度一致性需求,提出一种基于热管的散热结构,包括导热铝箱和热管。选取储能锂电池包作为研究对象,建立三维产热模型。采用数值模拟的方法,首先确定热管最佳布置方式;再通过正交试验法探究散热结构中各因素对电池温度影响的重要性,并进行参数选优;最后探究热管冷凝段对流换热强度对电池温度的影响。结果表明:1)与其他布置方式相比,当蒸发段沿电池宽度方向且冷凝段双侧布置时,电池具有最优的均温性;2)各因素对电池最高温度的影响重要性依次为:电池容纳腔X方向壁厚>热管数量>电池容纳腔Y方向壁厚>导热铝箱底部厚度;3)增强热管冷凝段处的对流换热后,电池最高温度有所降低,但电池均温性也会变差。研究结果可为储能用锂电池散热结构设计提供指导。

关键词：锂电池储能热管散热结构设计数值模拟

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谱方法求解三维辐射与导热耦合换热问题

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化工学报 2011年第7期62卷 1838-1845页

作者：马菁孙亚松李本文东北大学材料电磁教育部重点实验室辽宁沈阳110819

采用基于Chebyshev配置点的谱方法求解吸收、发射和散射介质内的三维辐射与导热耦合换热问题。对所需求解的辐射传递方程(RTE)和能量方程,空间上均采用Chebyshev配置点谱方法离散。对于RTE,在角度方向上采用离散坐标法离散。谱配置法的... 详细信息

采用基于Chebyshev配置点的谱方法求解吸收、发射和散射介质内的三维辐射与导热耦合换热问题。对所需求解的辐射传递方程(RTE)和能量方程,空间上均采用Chebyshev配置点谱方法离散。对于RTE,在角度方向上采用离散坐标法离散。谱配置法的应用和离散显示其高效性。将谱配置法计算结果与文献中采用有限容积法的结果相比较,结果显示:即使选用比温度变化更为敏感的辐射热流和总热流作为参考标准,两种不同方法的计算结果吻合得很好。此外,计算相同问题时,采用谱配置法用到的节点数比文献中有限容积法用的节点数少得多。这表明,即使采用很少的节点数,谱配置法也能精确地求解三维辐射与导热耦合换热问题。谱配置法可以高效、高精度地求解三维辐射与导热耦合换热问题。之后,考虑导热-辐射比、光学厚度、反照率、壁面发射率等参数对温度、辐射热流及总热流的影响。

关键词：辐射换热三维参与性介质谱方法

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二维非均匀介质内辐射与瞬态导热耦合传热分析

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西安交通大学学报 2023年第6期57卷 133-141页

作者：马菁孙勇飞孙亚松李新宇长安大学汽车学院西安710064 西北工业大学动力与能源学院西安710072

充分利用间断谱元法对非规则区域良好适应性、数值稳定、局部高阶收敛性等优点,开展了二维非均匀介质内辐射与瞬态导热耦合传热分析。在求解过程中,将空间计算域离散为多个不重合的单元,并在单元内采用高阶谱节点进行离散。对于非均匀... 详细信息

充分利用间断谱元法对非规则区域良好适应性、数值稳定、局部高阶收敛性等优点,开展了二维非均匀介质内辐射与瞬态导热耦合传热分析。在求解过程中,将空间计算域离散为多个不重合的单元,并在单元内采用高阶谱节点进行离散。对于非均匀介质内离散坐标形式的辐射传递方程,根据离散角度上的辐射能传递方向,确定单元间的上下游关系,并采用迎风格式来实现单元间辐射信息的有效传递;对于瞬态能量守恒方程,采用全隐格式进行瞬态项离散。通过多组非均匀介质内辐射与瞬态导热耦合传热算例,发现了间断谱元法具有随单元数增加的线性收敛特性,以及随单元内节点数增加的指数收敛特性;通过与文献中结果对比,发现最大相对误差均小于1%,验证了间断谱元法的正确性和有效性;随着辐射与导热耦合参数的增加,导热在耦合传热所占比重会加大,非均匀介质带来的温度场非均匀性会减弱,达到稳态的时间变长。

关键词：非均匀介质高温热辐射瞬态导热间断谱元法迎风格式

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对流和辐射条件下变热特性参数的肋片传热性能

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中国科技论文 2015年第16期10卷 1884-1889页

作者：孙亚松马菁华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206 新泽西州立罗格斯大学机械与航空工程系新泽西皮斯卡特维08854 长安大学陕西省交通新能源开发应用与汽车节能重点实验室西安710064

采用谱配置法对导热系数、表面对流换热系数和表面发射率均为温度函数的对流-辐射肋片的传热性能进行研究。在求解过程中,肋片温度通过谱配置点和拉格朗日插值多项式离散,从而将微分形式的能量方程转化为矩阵形式的代数方程。与文献中... 详细信息

采用谱配置法对导热系数、表面对流换热系数和表面发射率均为温度函数的对流-辐射肋片的传热性能进行研究。在求解过程中,肋片温度通过谱配置点和拉格朗日插值多项式离散,从而将微分形式的能量方程转化为矩阵形式的代数方程。与文献中的解析解相比较发现:谱配置法对肋片的非线性传热问题具有很好的计算精度和计算效率;计算精度随着配置点的增加近乎呈指数上升。同时发现:随着导热系数变化率和表面对流换热系数变化率的增加,以及表面发射率变化率的减少,肋片温度随之升高;随着对流与导热耦合参数和辐射与导热耦合参数的减少,肋效率随之提高。

关键词：非线性肋片传热变热特性参数肋效率谱配置法

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角度-空间间断有限元的热辐射限制器

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航空动力学报 2022年第12期37卷 2865-2874页

作者：李思达孙亚松郑澳洲马菁西北工业大学动力与能源学院基础研究中心西安710072 西北工业大学太仓长三角研究院计算物理与能源科学中心江苏太仓215400 长安大学汽车学院陕西省交通新能源开发应用与汽车节能重点实验室西安710064

由于航空发动机内高温热端部件是非规则形状的,其中的热辐射过程存在明显的间断遮蔽效应,如何实现该过程的精准模拟是一个挑战。采用间断有限元对辐射传递方程中角度和空间计算域进行离散,并基于分层限制的思想在角度和空间单元上引入巴... 详细信息

由于航空发动机内高温热端部件是非规则形状的,其中的热辐射过程存在明显的间断遮蔽效应,如何实现该过程的精准模拟是一个挑战。采用间断有限元对辐射传递方程中角度和空间计算域进行离散,并基于分层限制的思想在角度和空间单元上引入巴斯-叶斯帕森限制器,对辐射强度数值解在角度和空间上的非物理振荡进行抑制。通过与文献中有限体积法和蒙特卡洛辐射模型的结果对比,证明了方法的有效性。此外,通过与辐射强度在角度上的解析解对比,验证了该限制器可以抑制辐射间断效应造成的数值振荡,消除辐射强度的非物理解。实现了任意空间位置上辐射强度在角度方向上的三维刻画。

关键词：热辐射间断遮蔽效应间断伽辽金有限元巴斯-叶斯帕森限制器角度和空间单元

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基于离散坐标的谱配置法对太阳能辐射传输特性的研究

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中国科技论文 2016年第11期11卷 1240-1244页

作者：马菁孙亚松长安大学陕西省交通新能源开发应用与汽车节能重点实验室西安710064 华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206

为了更好地研究在大气层中的太阳能辐射传输过程,采用基于离散坐标的配置点谱方法(spectral collocation method based on discrete ordinate,SCMDO)求解与偏振辐射相关的矢量辐射传输方程。对于矢量辐射传输方程,角度方向上采用离散坐... 详细信息

为了更好地研究在大气层中的太阳能辐射传输过程,采用基于离散坐标的配置点谱方法(spectral collocation method based on discrete ordinate,SCMDO)求解与偏振辐射相关的矢量辐射传输方程。对于矢量辐射传输方程,角度方向上采用离散坐标离散,在空间上采用谱配置法离散。采用切比雪夫多项式构建在配置点上的基本函数。为了验证SCMDO对于矢量辐射传输方程求解的准确性和有效性,选取2个代表性算例进行验证,并将该方法计算结果与其他数值方法获得的数值结果进行比较。结果表明:采用SCMDO获得的Stokes参数角度分布与文献中的结果相吻合,且SCMDO具有指数次幂的节点收敛速率。

关键词：谱配置法离散坐标法大气辐射传输太阳能

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圆角方形断面气动特性试验

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振动．测试与诊断 2020年第1期40卷 140-147,208页

作者：杨群刘庆宽孙亚松刘小兵石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043 石家庄铁道大学风工程研究中心石家庄050043

通过刚性测压模型风洞试验,在均匀流场中测试了圆角率R/D=0.4的方形断面在0°~45°风向角、雷诺数Re=0.8×10^5~3.8×10^5时的气动特性。结果表明:试验雷诺数范围内,所有风向角下模型的阻力系数均值、升力系数均值、升力系数脉动值及斯... 详细信息

通过刚性测压模型风洞试验,在均匀流场中测试了圆角率R/D=0.4的方形断面在0°~45°风向角、雷诺数Re=0.8×10^5~3.8×10^5时的气动特性。结果表明:试验雷诺数范围内,所有风向角下模型的阻力系数均值、升力系数均值、升力系数脉动值及斯特罗哈数基本上都受到雷诺数的影响。与其他风向角相比,0°~17.5°风向角时,阻力系数均值和升力系数均值受雷诺数的影响更大;7.5°~45°风向角时,升力系数脉动值受雷诺数的影响更大;0°~12.5°风向角时,斯特罗哈数受雷诺数的影响更大。

关键词：圆角方形断面雷诺数风向角气动特性风洞试验

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