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作者：费孝恒吉林大学

学位级别：硕士

随着世界范围内能源危机与环境污染日益严重,近年来世界各国汽车厂商均大力发展以电动汽车为代表的新能源汽车,以实现进一步的节能减排。动力电池作为纯电动汽车中的核心部件,是电动汽车市场化应用和大量普及的关键。而动力电池工作于... 详细信息

随着世界范围内能源危机与环境污染日益严重,近年来世界各国汽车厂商均大力发展以电动汽车为代表的新能源汽车,以实现进一步的节能减排。动力电池作为纯电动汽车中的核心部件,是电动汽车市场化应用和大量普及的关键。而动力电池工作于高温环境或大倍率充放电工况时,往往会出现温度过高的情况,甚至有可能发生热失控导致起火爆炸等事故。此外,若动力电池组中各电池单体间温度均匀性较差,也会大大影响其使用性能和寿命。因此,高效、优化的散热结构能够显著改善动力电池组温度状态,进而提高整车的性能。本文以电动汽车锂离子电池模组及其液冷式散热结构为研究对象,在建立电池热效应模型、分析不同工况下原始散热结构性能的基础上,分别建立模拟电池模组及其散热结构的一维和三维数值模型,而后基于一维模型对散热结构进行优化设计,基于三维模型对优化后新结构的散热性能进行验证。主要内容如下:1、分析了不同放电倍率及不同冷却液流量下电池模组的散热及温均性能。结果表明,在电池放电倍率分别为2C、4C、8C时,电池的最高温度分别为26.1℃、28.69℃、36.64℃,电池单体平均温度最大差值分别为0.25℃、0.63℃、1.74℃,电池温度均方差分别为0.0749℃、0.1962℃、0.5540℃,可以看出随着放电倍率的增大,电池的最高温度会显著提高,电池单体间的温度均匀性也随之变差,其中8C倍率放电工况下的电池温度均方差值大于0.5℃,超出该电池热管理系统的设计规范。而在入口冷却液流量分别为0.04kg/s、0.06kg/s、0.08kg/s时,电池最高温度分别为38.51℃、36.64℃、35.64℃,电池单体平均温度最大差值分别为2.11℃、1.74℃、1.59℃,电池温度均方差分别为0.6825℃、0.5540℃、0.5048℃,可以看出随着冷却液流量的增大,电池的最高温度会有所降低,电池单体间的温度均匀性也会有所改善,但仍相对较差。不同的冷却液流量也会造成各冷却通道内的流量分布不同,使得电池模组内高温区域的位置有所偏移。2、针对原结构中一些工况下电池模组内电池温度均方差值较大,各电池单体间温均性较差这一问题,以“环境温度25℃,电池以8C倍率放电,入口冷却液流量为0.06kg/s”这一基础工况为代表,对其进行散热结构优化。采用一维-三维耦合的方式,分两步进行优化设计,首先使用Flowmaster软件对电池散热结构进行一维建模,并基于贪心算法,以电池温度均方差作为优化目标,通过Flowmaster与Excel/VBA的联合仿真来进行寻优求解;而后采用三维模拟对优化结果进行验证。这种两步优化方法在传统CFD方法的基础上引入了一维建模环节,不仅可以大幅加快优化速度,提升优化效率,还可以更为便捷地采用优化算法来辅助结构优化设计。结果显示,优化得到的新散热结构中,放电终止时刻的电池最高温度由36.64℃降低到35.62℃,电池单体平均温度最大差值由1.74℃降低到0.28℃,而电池温度均方差由0.5540℃降低到0.0812℃,成功降至0.5℃以内,满足了电池热管理系统的设计规范要求。电池模组的散热效果和电池温均性得到了大幅提升,优化效果明显,同时也表明本文提出的散热结构优化流程和方法有效。3、将优化后的电池模组散热结构应用于除基础工况以外的其它工况,以进一步验证和分析新结构的散热性能。结果表明,在其余条件不变,放电倍率分别为2C、4C、8C的三种工况下电池最高温度分别由26.1℃、28.69℃、36.64℃降低为25.93℃、28.28℃、35.62℃,电池单体平均温度最大差值分别由0.25℃、0.63℃、1.74℃降低为0.13℃、0.12℃、0.28℃,温度均方差分别由0.0749℃、0.1962℃、0.5540℃降低为0.0374℃、0.037℃、0.0812℃。而在其余条件不变,冷却液流量分别为0.04kg/s、0.06kg/s、0.08kg/s的三种工况下电池最高温度分别由38.51℃、36.64℃、35.64℃降低为37.85℃、35.62℃、34.95℃,电池单体平均温度最大差值分别由2.11℃、1.74℃、1.59℃降低为0.97℃、0.28℃、0.43℃,温度均方差分别由0.6825℃、0.5540℃、0.5048℃降低为0.3566℃、0.0812℃、0.1473℃。优化后的新结构对不同倍率放电及不同冷却液流量工况下电池模组的散热及温均性能都起到了很好的改善作用。在采用新结构后,原先较差的电池温度均方差值均得到了有效改善,本文提出的散热结构优化流程和方法适应性较强。综上所述,在对原有散热结构进行优化后,新散热结构明显改善了电动汽车动力电池的温均性,从而有效地保证了电池的良好性能、提高了电池的使用寿命、保障了电动汽车的安全性和可靠性,同时提出的散热结构优化流程和方法具

关键词：锂离子电池电池热管理结构优化一维数值模型贪心算法

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螺旋管桩基换热器数值模型

螺旋管桩基换热器数值模型

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作者：吴毅西华大学

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地源热泵系统是一种利用土壤巨大的蓄热蓄冷能力进行供热制冷的新型能源技术。桩埋管地源热泵系统具有换热面大、节约施工成本等优势而被重视。本文研究螺旋管桩基换热器的传热模型，旨在为桩埋管地源热泵系统设计提供计算方法。桩埋... 详细信息

地源热泵系统是一种利用土壤巨大的蓄热蓄冷能力进行供热制冷的新型能源技术。桩埋管地源热泵系统具有换热面大、节约施工成本等优势而被重视。本文研究螺旋管桩基换热器的传热模型，旨在为桩埋管地源热泵系统设计提供计算方法。桩埋管换热器现有解析模型是在恒热流条件下建立的，难以应用于实际运行工况;未考虑基桩与土壤热物性参数的差异;计算复杂。而数值模型可以灵活处理变热流、不同区域的物性差异。因此本文重点在于建立桩基螺旋管换热器非稳态数值模型。该模型把桩基换热器简化为一个实心圆柱体，基桩表面作为热源面。桩基内部和土壤区域具有不同的热物性参数。只考虑径向传热。沿径向均匀布置节点，每个节点代表一个控制体。每个控制体具有热容，控制体之间用热阻连接。桩基与土壤交界处施加时变热流。离桩基中心无穷远处为绝热界面。对每个控制体，应用能量守恒原理建立离散方程，时间域离散采用显式格式。用数值模型对一个实际桩基进行了模拟，并与实测数据进行对比，实测数据与数值模型的结果基本相同。说明一维数值模型具有准确性，对工程的实际运用具有实用价值。运用一维数值模型分析了桩基直径对地埋管换热器的影响。在相同时间内，桩径越小，无量纲温度Θ响应越大。运用一维数值模型对换热器进行了全年动态模拟，确定了换热器数量。该一维数值模型可以适应于任意逐时负荷，且计算速度快。总之，本模型准确，快速，适用于动态模拟。可用于桩基换热器方案评估分析。

关键词：地源热泵系统螺旋管桩基桩基换热器一维数值模型

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管道气液两相严重段塞流的数值模拟与分析

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振动与冲击 2018年第6期37卷 135-141页

作者：王伟吉吴炜张景张雅琼塔娜饶柱石中国人民解放军海军装备部北京100071 中国舰船研究设计中心武汉430064 上海交通大学振动冲击噪声研究所机械系统与振动国家重点实验室上海200240

为了研究管道系统严重段塞流的瞬态特性,以下倾管-立管系统为建模对象,建立了气液两相严重段塞流的一维数值模型。该模型基于分层流理论和分相流理论,分别对严重段塞流的四个阶段(液塞形成、液塞流出、液气喷发和液体回流)进行理论建模... 详细信息

为了研究管道系统严重段塞流的瞬态特性,以下倾管-立管系统为建模对象,建立了气液两相严重段塞流的一维数值模型。该模型基于分层流理论和分相流理论,分别对严重段塞流的四个阶段(液塞形成、液塞流出、液气喷发和液体回流)进行理论建模。模型的仿真结果与文献中的实验数据相对误差在10%以内,验证了该理论模型的有效性。在此基础上,对严重段塞流现象进行了数值仿真,并分析了气液折算速度对严重段塞流瞬态特性的影响。结果表明:下倾管-立管系统严重段塞流现象具有明显的周期特性,并且周期随着气相折算速度的增大而减小;立管底部压力波动幅值随着气相折算速度的增大而增大。研究结果可为管路系统的设计和振动预防提供参考。

关键词：严重段塞流气液两相一维数值模型瞬态特性

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考虑调洪的一维漫顶不溃与漫顶溃坝过程模拟

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自然灾害学报 2012年第4期21卷 33-39页

作者：张社荣张婷天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

建立了一维数值模型,可模拟包括瞬时溃与逐渐溃的漫顶溃坝过程,同时可模拟对于混凝土坝失事来说最常见的漫顶不溃过程;可考虑泄水建筑物的调洪过程对溃坝过程的影响,且针对泄水建筑物不同的布置形式,能够分别模拟位于坝身与岸边的泄水... 详细信息

建立了一维数值模型,可模拟包括瞬时溃与逐渐溃的漫顶溃坝过程,同时可模拟对于混凝土坝失事来说最常见的漫顶不溃过程;可考虑泄水建筑物的调洪过程对溃坝过程的影响,且针对泄水建筑物不同的布置形式,能够分别模拟位于坝身与岸边的泄水建筑物。以土心墙堆石坝为例,模拟大坝的漫顶逐渐溃过程,分析了溃口流量、泄水建筑物流量的变化过程,可知溃坝发生后,溃口流量急剧增大,泄水建筑物泄量迅速降低;对比分析了不同漫顶原因、溃决形式以及溃决历时下的流量过程。以混凝土重力坝为例,模拟大坝的漫顶不溃与漫顶瞬时溃过程,分析了不同溃决形式下大坝下泄总流量的变化过程,可知溃坝发生后,大坝下泄总流量突增后降低,不同工况下,随着溃口尺寸越大,总流量峰值越大,流量下降的速度越快,稳定时间越短。

关键词：一维数值模型漫顶溃坝过程调洪

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寒区水库冰盖形成与消融机理分析

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水利学报 2004年第6期35卷 80-85页

作者：肖建民金龙海谢永刚霍跃东东北农业大学水利建筑学院黑龙江哈尔滨150030 黑龙江省水利厅黑龙江哈尔滨150001 黑龙江大学资源环境研究所黑龙江哈尔滨150080 武汉大学水利水电学院湖北武汉430072

根据对黑龙江省胜利水库冬季冰盖十余年资料的研究,考虑冰盖与大气、水的热交换过程及水库水温变化对冰盖厚度的影响等因素,建立了寒区水库冰盖生长的一维数值模型并给出了求解方法。与传统经验法相比,此模型考虑因素多,计算结果更符合... 详细信息

根据对黑龙江省胜利水库冬季冰盖十余年资料的研究,考虑冰盖与大气、水的热交换过程及水库水温变化对冰盖厚度的影响等因素,建立了寒区水库冰盖生长的一维数值模型并给出了求解方法。与传统经验法相比,此模型考虑因素多,计算结果更符合实际,精度较高。同时还探讨了水库冰盖消融阶段冰压力沿深度分布规律、累积日平均气温与冰厚的关系和水库开库方式与累积气温的关系等。

关键词：水库冰盖形成消融一维数值模型

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基于地埋管换热器热响应测试的土壤热物性参数估算方法

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暖通空调 2014年第5期44卷 114-118页

作者：司子辉西华大学

根据实测地埋管换热器进出水温度和流量,分别用线热源解析模型、柱热源解析模型和一维数值模型估算土壤的导热系数、孔内热阻和单位体积热容。介绍了二三参数估算法,三参数估算法可同时估算导热系数、孔内热阻和单位体积热容,但计算时... 详细信息

根据实测地埋管换热器进出水温度和流量,分别用线热源解析模型、柱热源解析模型和一维数值模型估算土壤的导热系数、孔内热阻和单位体积热容。介绍了二三参数估算法,三参数估算法可同时估算导热系数、孔内热阻和单位体积热容,但计算时间太长,对计算机的内存要求也较高;二参数估算法对导热系数和孔内热阻进行寻优搜索,单位体积热容利用关联式计算,结果合理,计算时间较短。基于二参数估算法结果显示,一维数值模型的结果更接近实际值。

关键词：土壤热物性参数热响应测试线热源模型柱热源模型一维数值模型二参数估算三参数估算

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