تحلیل المان محدود عملکرد هیدرودینامیکی و انتقال حرارت نانوسیال در یک سامانه مدیریت حرارتی باتری با مجراهای موج دار و نرخ های تخلیه متغیر

در این پژوهش، رفتار حرارتی و هیدرودینامیکی یک بسته باتری لیتیوم -یونی مجهز به سامانه خنک کاری با کانال های موج دار، به روش المان محدود و به صورت وابسته به زمان شبیه سازی شده است. پیکربندی هندسی مورد مطالعه شامل ۳ ورودی و ۳ خروجی مجزا برای جریان نانوسیال است که در آن، بخش های مختلف کانال های موج دار توسط ۳ اتصال لوله ای به یکدیگر متصل شده اند. هدف اصلی، ارزیابی عملکرد این ساختار در کنترل توزیع دما تحت نرخ های دشارژ متغیر ۲C، ۳C و ۴C است. در تمامی سناریوها، سرعت ورودی نانوسیال در مقدار ثابت ۲ میلی متر بر ثانیه و کسر حجمی نانوذرات در مقدار ثابت ۱ درصد تنظیم شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش نرخ تخلیه الکتریکی از ۲C به ۴C به دلیل تشدید گرمازایی داخلی، دمای میانگین بسته باتری را از ۷/۳۰۳ کلوین به ۸/۳۰۸ کلوین افزایش می دهد. از منظر هیدرودینامیکی، با صعود نرخ دشارژ، بیشینه ضریب انتقال حرارت جابه جایی با رشدی ۴/۳۸ درصدی، از ۶/۷۱ به ۱/۹۹ وات بر مترمربع کلوین افزایش می یابد که نشان دهنده تقویت نیروی محرکه حرارتی در نرخ های بالاتر است. همچنین دمای خروجی نانوسیال در تمامی حالات بالاتر از دمای میانگین ثبت شده و در نرخ ۴C به بیشینه ۱۶/۳۱۰ کلوین می رسد. تحلیل رفتار زمانی حاکی از آن است که پس از پایان فرآیند دشارژ، ظرفیت خنک کاری نانوسیال بر تولید حرارت غالب شده و تمامی منحنی های دمایی به سمت تعادل حرارتی اولیه همگرا می شوند. یافته ها موید کارایی بالای این پیکربندی خاص (۳ ورودی-خروجی) در مدیریت حرارتی بارهای متغیر است.

کلیدواژه ها:

باتری لیتیوم یون ، مدیریت حرارتی باتری ، نانوسیال ، کانال موجی ، شبیه سازی اجزای محدود ، نرخ دشارژ متغیر