电池模组热扩散精准建模及高效仿真研究

电池系统热失控扩散仿真是电池系统研发过程中的重要环节,其结果能够为电池系统安全设计优化提供指导建议。因此,在满足系统模型精度的前提下,为大幅提高研发效率,非常有必要对热失控扩散的数学模型进行合理简化。本文采用“单体-模组”的研究思路,基于传统热失控试验和数值模拟的结果,构建了以归一性生热方程为核心的简化电池模组热失控扩散模型,研究模型准确性及计算效率。结果表明:简化模型的计算时间为37 min,而相同条件下传统模型的计算时间为90 min左右,在模型精度达到90%的前提下,计算时间缩短了约2/3,显著降低了计算成本。本文的研究对电池包级别的热扩散高效快速仿真提供技术参考。

基于组合边界条件的固体材料热扩散系数测试方法

提出了一种组合边界条件下结合传热反问题思想测算固体材料热扩散系数的方法.建立了正问题理论模型,基于有限体积法和交替方向隐式方法的思想利用MATLAB软件对正问题温度场进行数值求解,利用共轭梯度法结合软件编程求解反问题,反演得到材料的热扩散系数.设计了实验方案并搭建了完整的测试系统,利用测试装置对亚克力板(PMMA)、硼硅玻璃(Pyrex7740)、大理石3种材料进行了综合实验,结果表明导热系数测试结果与文献值的最大相对偏差为3.45%,小于5%,验证了测试方法和装置的可行性与准确性.进一步对PMMA热扩散系数实验的不确定度进行了分析,得到扩展不确定度为4.86%,处于较低水平,说明实验数据可靠,测试方法科学.

土壤温度季节性波动与热扩散率跃变对地埋管群取热性能的影响及其调和

为研究地质结构分层下不同影响因素对地埋管群取热性能的影响,建立了考虑土壤温度季节性波动的地埋管群数值传热模型,分析了土壤温度季节性波动、土壤热扩散率、钻孔间距、回填材料热扩散率和管群布置形式对管群取热性能的影响。结果表明,忽略土壤温度季节性波动将高估管群热效率和钻孔的单位管长换热量。管群位于多层土壤中,热扩散率高的土壤层冷堆积严重,钻孔间热相互作用更强,其中管群中心钻孔受热相互作用的影响最大。以矩形布置的钻孔群为例,当钻孔间距由3 m增加到5 m时,管群热效率可提升6.6%。同时,增大钻孔间距或使用高热扩散率回填材料均可增加单个钻孔的换热能力。然而,对确定的钻孔间距和管群构型,使用过高热扩散率的回填材料将降低管群的热效率。此外,线形布置的管群更适于短期连续运行的场景。

表面负载还原氧化石墨烯对泡沫铜热扩散系数的影响

为研究及提升泡沫铜的热扩散性能,利用不同溶剂制备氧化石墨烯混合溶液,通过机械沉积(GO-无水乙醇-丙酮混合溶液沉积)、电沉积(GO-CuS4O混合溶液电沉积、KH550改性GO电沉积)两种不同的沉积方法将氧化石墨烯(GO)附着到经过预处理的泡沫铜表面,后通过高温还原法去除氧化石墨烯表面多余的含氧基团,将其还原为还原氧化石墨烯(rGO),研究材料热扩散性能及泡沫铜表面rGO的存在状态。研究结果表明,通过GO-无水乙醇-丙酮混合溶液沉积的泡沫铜表面沉积层最为均匀完整,经高温还原后性能提升也最为明显,其低温热扩散系数由纯泡沫铜的29.06 mm^(2)/s提高为56.81 mm^(2)/s,提升了95.5%。与热扩散系数为50.26 mm^(2)/s的T2铜片相比,其热扩散系数亦提高13.09%。GO在泡沫铜表面的沉积方式对沉积效果影响显著,GO经过高温还原为rGO后均可以有效提升泡沫铜的热扩散性能。

各向异性材料的热扩散率的分析

在理论上分析了各向异性材料的热扩散率 ,给出了沿表面任意方向的热扩散率与主热扩散率的关系 ,从而为实验确定材料中任意方向的热扩散率提供了理论依据 .

应用热扩散技术对红松人工林树干液流通量的研究

以黑龙江帽儿山森林生态定位研究站42年生红松人工林为研究对象,选择有代表性的优势木、中等木和被压木各3株,2004年5月29日—10月30日应用热扩散技术对不同径级红松树干液流进行测定,并同步测定相关的主要环境因子。通过生长锥获得不同径级红松边材宽度,建立边材面积与胸径的关系方程A=8.032DBH-46.95(R2=0.82,P<0.001)。结果表明:晴天红松树干液流呈明显的单峰曲线,最大值一般出现在12:00—14:00,且优势木>中等木>被压木;而在阴雨天呈不规则曲线,最大值的出现没有规律,夜间也不同程度地出现液流,且优势木、中等木和被压木之间液流密度的差异缩小。日液流通量随着生长季节的进程基本呈现减小的趋势,且优势木>中等木>被压木。相关分析和逐步回归表明,影响生长季红松树干液流的主要环境因子为蒸汽压亏缺和光合有效辐射。由液流通量和边材面积的推算获得,被测红松人工林边材面积为89436.94cm2·hm-2,生长季蒸腾耗水量为678.95t·hm-2;其中优势木、中等木和被压木分别占整个林分耗水量的54.83%、35.68%和9.48%。优势木、中等木和被压木在生长季的日总蒸腾量分别为0.06～1.42、0.014～0.83和0.017～0.25t。

应用热扩散技术对亚热带红壤区湿地松人工林树干边材液流的研究

使用TDP热扩散技术在2003年5月21日1554至6月6日904对亚热带红壤丘陵区湿地松人工林液流速率进行连续测定和分析。结果表明1)测量时间内湿地松日均液流速率表现出稳定的昼夜变动规律,平均液流速率为82.43cm.d-1;2)对湿地松液流速率影响最明显的4个环境因子是空气温度、土壤温度、太阳辐射和空气相对湿度;3)对TDP液流数据质量控制可以通过特定时段的液流最大速率和平均速率之比及其置信区间分析,以及相关分析、配对t检验来进行。

土壤热扩散率及其温度、热通量计算方法的比较研究

本文利用绿洲系统能量与水分循环过程观测试验的2005年6月11日至15日在甘肃金塔绿洲中部观测的土壤温度、湿度和通量资料,在分析了观测期间土壤温度、湿度和通量特征的基础上,采用振幅法、相位法、谐波法和热传导对流法计算了5～20cm土壤层的土壤热扩散率.在此基础上,以深度为5cm的土壤层为上边界条件,计算了10cm、20cm深度的土壤温度和10cm深度的热通量.结果表明:谐波法能很好地计算土壤温度,10cm和20cm深度的计算值相对观测值的标准差分别为:0.21℃和0.18℃;热传导对流法计算的土壤温度好于振幅法和相位法,但由于忽略了土壤水分通量密度的日变化,该方法用于土壤含水量有明显日变化的浅层土壤时,会出现计算误差.谐波法的计算土壤热通量与实测值最为接近,计算值与实测值的相关系数达到0.868.

阳极氧化铝模板上热扩散法制备MoO_x纳米阵列

采用简单的热扩散法,MoO3可在模板纳米孔道内有序生长,经还原后获得MoO2和金属Mo纳米管/线阵列.运用XRD、SEM、TEM、HRTEM等技术对产物进行了表征.结果表明:在70 nm孔径的阳极氧化铝模板上,H2/N2气氛下600℃时的还原产物为单晶MoO2;而在50 nm的模板上,同样条件的还原产物为MoO2微晶聚合体.乙醇的加入能够大大改善产物的形貌.H2气氛,650℃以上温度下进一步还原得到了金属Mo纳米管阵列.

基于热扩散技术的三倍体毛白杨单木及林分蒸腾耗水研究

定量分析单木及林分的蒸腾耗水特征,是林木水分管理的关键环节。采用热扩散式边材液流检测技术,结合自动气象站,对三倍体毛白杨树干边材液流及环境因子进行了连续2年的动态观测。结果表明:(1)单株尺度上,三倍体毛白杨边材液流速率日变化在晴天表现为"单峰型",关键影响因子为水汽压亏缺(VPD)和太阳辐射(Qs),日平均液流速率在4—10月分别为0.65×10-3、2.12×10-3、2.09×10-3、1.78×10-3、1.84×10-3、1.76×10-3、1.04×10-3cm/s;(2)林分尺度上,三倍体毛白杨在2008、2009年(栽植第4年和第5年)的蒸腾耗水量分别为339.52和410.62 mm,主要影响因素为气孔导度(Gc)、相对湿度(RH),以及VPD;(3)多元线性回归模型可以较好的模拟三倍体毛白杨边材液流速率对环境因子的响应特征(P<0.01,2008年),模型预测值较实测值偏大6.39%(2009年),二者极显著线性相关(R2=0.910,Sig.=0.00054,n=1008)。

C/C复合材料比热容和热扩散率的研究

研究了C/C复合材料的比热容、热扩散率及其影响因素。研究表明,C/C复合材料的比热容随着温度的升高而增大,在1 300 K时比热容达到最大值1.8 kJ/(kg.K),之后随着温度的升高,比热容保持恒定;C/C复合材料的热扩散率随着温度的升高而降低,碳纤维的取向与热传导方向一致时热扩散率最高;石墨化度高,热扩散率高;C/C复合材料的热扩散率随着材料密度的增加而增大。

利用热扩散式边材液流探针(TDP)对山杨树干液流的研究

利用热扩散式边材液流探针和Watch dog 小气候观测仪对延庆县上辛庄水土保持站山杨(Populusdavidiana)边材液流速率及其与环境因子的关系进行了观测研究。结果表明,山杨树干边材液流曲线呈宽峰状,表现出明显的昼夜变化和季节变化规律,日出后7:00-8:00时液流开始上升,并于13:00-16:00 时达到峰值,然后迅速下降,19:00时速度变慢,至次日日出之前液流微弱,时断时续;7 月份进入雨季,液流速率提高,8 月份由于持续干旱,有所下降,进入9月份,地形雨增加,含水量湿度提高,液流速率又重新上升,10 月份山杨生长变慢,液流速率明显下降。同时,分析了液流速率的波动规律与主要气象因素波动的相关性。

热扩散式树木液流国产化传感器性能分析

本研究以整树盆栽称重法(MBW)为标准,美国Dynamax公司同类感器(mdTDP)为对照,以大叶女贞、栓皮栎为供试树种,对国产化热扩散式液流(TDP)传感器(cfTDP)的性能进行了验证,结果表明:MBW法得到的蒸腾速率与由cfTDP测算得到的大叶女贞液流速率具有很好的相关关系,且无显著性差异(P<0.05);二者30 min平均值的线性相关系数为0.90(样本数为215);二者日总量之间相关系数可达0.99,其相对误差的最大值、最小值及平均值分别为13.3%、0.5%、8.7%。cfTDP测算得到的树干液流密度与mdTDP测算得到的树干液流密度日变化趋势完全一致,二者具有很好的线性相关关系,相关系数大于0.98,且无显著性差异(P<0.05)。

基于热扩散技术的梭梭树干液流特征研究

利用TDP热扩散式茎流计,结合自动气象站,对古尔班通古特沙漠南缘原生梭梭的树干液流及环境因子进行连续监测,分析了梭梭树干液流对环境要素的响应,建立了生长季梭梭树干液流与环境因子的关系,估算出梭梭群落的日、季耗水量。结果表明:(1)液流速率日变化主要为单峰曲线,夏季偶有出现双峰曲线,不同季节间的液流速率大小差异显著,夏季树干液流启动早,峰值出现早,夜间持续有微弱的液流;(2)梭梭树干瞬时液流速率与风速、净辐射、空气温度、饱和水汽压亏缺值等因素呈显著正相关,与实际水汽压和空气湿度呈极显著负相关,影响梭梭树干瞬时液流速率变化的关键因子是净辐射和饱和水汽压亏缺值是导致树干液流速率瞬时变化的关键因子;(3)梭梭树干日均液流速率与净辐射、空气温度、实际水汽压、土壤含水率和土壤温度等呈极显著正相关,与空气湿度等呈极显著负相关,与风速相关性不显著,影响梭梭日均液流速率变化的关键因子是净辐射、饱和水汽压亏缺和空气温度。

用热扩散式茎流计测定园林树木蒸腾耗水量

采用热扩散式边材液流探针和环境自动监测系统对北京3种园林树木的树干液流及主要环境因子进行了一个生长季的同步观测.结果表明,3树种树干液流的日变化呈明显的单峰曲线,晴天的液流速率大于多云天和阴天,紫叶李和悬铃木的日耗水量明显大于元宝枫;对不同天气3树种每h的液流速率与相应的环境因子进行逐步回归分析.结果显示,影响3树种液流速率的主要环境因子是空气温度、空气相对湿度、辐射强度和5 cm土层温度,在不同天气里起主导作用的因子不同,环境因子与树干液流之间的数量关系能较好地预测树木的蒸腾耗水量.

陶瓷热障涂层的热导率和热扩散率测量

提出了应用3ω法进行等离子喷涂热障涂层材料的热导率和热扩散率测量的方法。测试了室温下2种典型的热障涂层材料Y2SiO5和La2Zr2O7的热导率和热扩散率,测试结果与文献中的结果吻合良好。实验中对不同孔隙率的样品的热导率在室温附近的温度区间内进行测试,结果表明,孔隙率的变化对热导率有明显的影响。另外,孔隙率对热扩散率有双向的影响,即存在某一孔隙率值使得涂层样品的热扩散率最大。

Al-TiO_2-B系热扩散反应法合成铝基复合材料基体组织的细化机理

研究了Ａｌ－ＴｉＯ２－Ｂ反应系热扩散反应（ＸＤ）法合成铝基复合材料基体组织的细化机理．实验结果表明，在ＡＬ－ＴｉＯ２系中未加硼粉时，反应产物 Ａｌ３Ｔｉ呈细长棒状，并可贯穿基体晶粒、Ａｌ２Ｏ３为细小颗粒偏聚于基体的晶界，铝基体晶粒粗大当 Ａｌ－ＴｉＯ２系中加入硼粉后，棒状物 Ａｌ３Ｔｉ减少、当 Ｂ／ＴｉＯ２摩尔比ｒＢ／ＴｉＯ２为 ２时、Ａｌ３Ｔｉ基本消失，Ｂ与 Ａｌ３Ｔｉ反应产生的 ＴｉＢ２成为铝基体结晶时的核心，基体晶粒细化，Ａｌ２Ｏ３呈均匀分布．

应用热扩散技术对柠条锦鸡儿主根液流速率的研究

运用热扩散技术对柠条锦鸡儿根部液流速率(Fs)进行连续测定,同步进行环境要素的实时监测。选择2008年4—10月30天典型晴天日观测数据。结果表明:1)Fs在晴天日表现出典型的宽峰型正态分布,可划分为4个特征差异明显的阶段,反映了大气环境因子对液流的直接驱动效应,以及柠条锦鸡儿叶片气孔行为对液流变化的调控作用。2)液流的变化受多个环境因子共同驱动,其中潜在蒸发散(ET0)综合性强、与Fs相关紧密,是分析液流特征更为可靠的复合型环境变量。Fs与主要环境因子间的耦合关系因时段而异,在早晨启动的液流上升阶段,Fs与太阳辐射、ET0间均呈线性关系,反映了太阳辐射等因子对液流的驱动与对光合作用的激活效应,而在峰值后的下降阶段基本呈Sigmoidal-Hill函数关系;Fs随大气水分亏缺(VPD)的变化与随太阳辐射、ET0的变化趋势相反,表明VPD在达到一定值后启动气孔调节行为以及抑制过度蒸腾耗水的效应。3)柠条锦鸡儿根部Fs与主要环境要素间的变化近似同步,试验期间没有出现典型的时滞现象。4)在整个生长季的大部分时间内观测到柠条锦鸡儿根部夜间持续存在着液流现象,夜间液流量平均占全天液流量的3.83%。试验结果可例证热扩散技术在根部测定液流并用来计算灌木树种单株耗水方法的科学性与优越性。

AZ91D镁合金表面热扩散渗锌膜层研究

为了提高AZ91D镁合金的耐腐蚀性能和表面硬度 ,对其进行了表面热处理扩散渗锌处理 ,并对其得到的膜层表面和断面形貌、结构组成、耐腐蚀性能、显微硬度等性能进行了探讨 ,测量了该合金热扩散渗锌前后试样的阳极极化曲线和交流阻抗图 ,这些试验结果都表明在AZ91D镁合金材料表面进行热扩散渗锌获得的表面膜层均匀细致 ,膜层由Mg7Zn3 、Mg和Zn构成 ,而且该膜层与基体相比耐腐蚀性和对镁合金基体的防护性能有了显著提高 。

土壤热传导方程解析解和那曲地区土壤热扩散率研究

文中用Laplace变换推导了土壤热传导方程的解析解和包含热对流项的土壤热传导方程的解析解。用青藏高原 8个土壤湿度、温度廓线观测站 1998年 9月 4日到 10日实测资料基础上 ,根据谐波方法和Laplace变换方法得到了土壤热传导方程的解析解 ,计算了这些站的总体土壤热扩散率 ;用包含热对流项的土壤热传导方程的解析解计算了土壤热扩散率。结果表明 :对于一个深度从 0 .0 4～ 0 .2 0m的浅薄土壤层 ,总体土壤热扩散率的值为 0 .30×10 -6～ 0 .98× 10 -6m2 /s,土壤热扩散率的值为 0 .15× 10 -6～ 0 .72× 10 -6m2 /s。由谐波方法得到的总体土壤热扩散率比由Laplace变换的值稍大 ;