Modares Mechanical Engineering
مهندسی مکانیک مدرس
Modares Mechanical Engineering
Engineering & Technology
http://mme.modares.ac.ir
1
admin
1027-5940
2476-6909
10.22034/mme
fa
jalali
1396
10
1
gregorian
2018
1
1
17
10
online
1
fulltext
fa
شبیهسازی چرخه شارژ-دشارژ باتری سرب-اسید به روش طیفی چبیشف
Charge-Discharge Cycle Simulation of Lead-Acid Cell Using Chebyshev Spectral Method
پدیده گریز حرارتی یکی از انواع تخریب باتریهای سرب-اسید است که یک پدیده ناپایداری سیالاتی-حرارتی است و برای شبیهسازی دقیق آن نیاز به روشهای دقیق عددی و استفاده از حلگرهای بدون واسطه است. شبیهسازی مرتبه بالای عددی باتری پیش نیاز اعمال روشهای بدون واسطه (DNS) برای مطالعه پدیده گریز حرارتی است. در این مقاله برای قدم نخست، با توجه به هندسه ساده باتری روشهای طیفی که در شبیهسازی بیواسطه پدیدههای سیالاتی-حرارتی زیاد استفاده شدهاست، به باتری سرب-اسیدی اعمال شدهاست. چرخه دشارژ، استراحت و شارژ مجدد یک سل باتری سرب-اسید به روش طیفی هممکانی چبیشف در تلفیق با انتگرالگیری زمانی مرتبه چهارم رانگ-کوتا انجام گرفته است. با توجه به پیچیدگی مساله برای قدم نخست این شبیهسازی در یک بعد انجام شده است تا مشکلات حل عددی آن روشن گردد. دو شبکه ریز و درشت با مرتبه چندجملهایهای چبیشف از مرتبه 12 و 8 مورد استفاده برای شبیهسازی قرار گرفتهاست. مقایسه مقدار خطا نشان میدهد که دقت بهدست آمده بهصورت نمایی با تعداد نقاط افزایش پیدا میکند بهطوریکه با افزایش دو نقطه به شبکه تا 200 برابر خطا کاهش پیدا میکند. همچنین نتایج به دستآمده نشان میدهد که این روش در نرخهای بالای جریان نیز قادر به شبیهسازی باتری است. نتایج شبیهسازی فرایند دشارژ و شار مجدد نشان میدهد که روش طیفی و رانگا-کوتای مرتبه چهارم مناسب برای شبیهسازیهای بیواسطه (DNS) باتری برای مطالعه فرایندهای پیچیده اعم از پدیده گریز حرارتی میباشد.
Thermal run-away of lead acid batteries is one of the destruction modes of lead-acid battery. This phenomenon is a thermal-fluid dynamics instability problem that needs to be solved via direct numerical procedures. High-order simulation of lead-acid battery is the first step of direct numerical simulation (DNS) methods for research on thermal run-away phenomenon. In this study, due to simple geometry of lead-acid-cell, spectral methods which are very common in DNS simulation of thermal and fluid dynamics instability problems is implemented on lead-acid cell. A full cycle of discharge, rest and recharge process of a lead-acid cell is simulated by Chebyshev spectral collocation method combined with fourth order Runge-Kutta time integration. Due to complexities, the simulations are performed to find the possible numerical difficulties of this method as the first step. Two coarse and fine grids with Chebyshev polynomials of 8 and 12 order are selected to perform numerical simulations. Comparison of the error shows that the accuracy will be decreased up to 200 times just by adding two points to grid. Also numerical results show that this method is sufficiently able to predict the cell behavior in the high rates of cell current. The results indicate that spectral methods and Runge-Kutta time integrations are promising tool for direct numerical simulation of lead-acid batteries to study complex physical phenomena such as thermal run-away problem.
باتری سرب-اسید,شبیهسازی باتری,روش طیفی,هممکانی چبیشف,شبیهسازی چرخه
Lead-acid battery,Battery simulation,Spectral method,Chebychev colocation,cycle simulation
213
222
http://mme.modares.ac.ir/browse.php?a_code=A-15-10359-1&slc_lang=fa&sid=15
javad
vashahri
جواد
واشهری
100319475328460069850
100319475328460069850
No
Department of Mechanical Engineering, Department of Mechanical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
دانشکده مهندسی مکانیک، پردیس دانشکدههای فنی، دانشگاه تهران، تهران
Vahid
Esfahanian
وحید
اصفهانیان
100319475328460069830
100319475328460069830
Yes
استاد/مرکز تحقیقات خودرو، سوخت و محیط زیست دانشگاه تهران