مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی خنک‌سازی غوطه‌وری نانوسیال آلومینا-روغن برای یک باتری لیتیوم-فسفات آهن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه فردوسی مشهد
2 مجتمع آموزش عالی فنی و مهندسی اسفراین
10.48311/mme.2026.118668.82925
چکیده
باتری‌های لیتیوم-یون به دلیل ظرفیت عملکرد در سطوح توان بالا و در عین حال تضمین پایداری و قابلیت اطمینان، به عنوان دستگاه‌های کارآمد برای ذخیره‌سازی انرژی شناخته می‌شوند. با این وجود، یک مانع مهم در کاربرد واقعی آنها، تولید گرما است که در طول هر دو فرآیند شارژ و دشارژ رخ می‌دهد و می‌تواند بر عملکرد، ایمنی و طول عمر تأثیر منفی بگذارد. در نتیجه، تحقیق در مورد استراتژی‌های مدیریت حرارتی برای تسهیل عملکرد پایدار باتری‌های لیتیوم-یون بسیار مهم شده است. این مطالعه یک تحلیل عددی با هدف بررسی اثربخشی خنک‌سازی یک نانوسیال روغن-آلومینا هنگام استفاده با یک باتری فسفات آهن لیتیوم (LFP) ارائه می‌دهد. این تحقیق در مجموع شش پارامتر، از جمله چهار پارامتر وابسته مرتبط با ویژگی‌های ترموفیزیکی خنک‌کننده، یک پارامتر مرتبط با شدت جریان برق عبوری از باتری و همچنین یک متغیر مستقل مرتبط با کسر حجمی نانوذرات را بررسی کرد. شبیه‌سازی‌ها با استفاده از نرم‌افزار تجاری ANSYS Fluent انجام شد و شرایط جریان در عدد رینولدز ثابت حفظ شد. برای ارزیابی تأثیر غلظت نانوذرات، روغن خالص با نانوسیال روغن-آلومینا در سه کسر حجمی مجزا کنار هم قرار داده شد. یافته‌ها نشان داد که اگرچه افزایش غلظت نانوذرات از 0% به 4%، انتقال حرارت را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد و منجر به افزایش تقریباً 20 درصدی ضریب انتقال حرارت جابجایی و عدد ناسلت می‌شود، با اینحال این افزایش به قیمت افزایش قابل توجه افت فشار در طول محفظه باتری حاصل می شود که نهایتا منجر به کاهش مختصر بازدهی کارآیی نانوسیال می گردد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Investigation of Alumina-Oil Nanofluid Immersion Cooling for a Single Lithium Iron Phosphate Battery

نویسندگان English

Alireza Izanlou 1
Mohammad Hatami 2
1 Ferdowsi University of Mashhad
2 Esfarayen University of Technology
چکیده English

Lithium-ion batteries are extensively acknowledged as efficient devices for energy storage due to their capacity to function at elevated power levels while ensuring stability and reliability. Nonetheless, a significant obstacle in their real-world application is the heat generation that occurs during both charging and discharging processes, which can adversely impact performance, safety, and lifespan. Consequently, research into thermal management strategies has become crucial to facilitate the stable functioning of lithium-ion batteries. This study presents a numerical analysis aimed at investigating the cooling effectiveness of an Oil/Al₂O₃ nanofluid when utilized with a single lithium iron phosphate (LFP) battery. The research scrutinized a total of six parameters, including four dependent variables associated with the thermophysical characteristics of the coolant, one parameter related with the electrical current passing through the battery, as well as one independent variable related to the nanoparticle volume fraction. Simulations were conducted utilizing the commercial software ANSYS Fluent, maintaining the flow conditions at a constant Reynolds number. To assess the impact of nanoparticle concentration, pure oil was juxtaposed with Oil/Al₂O₃ nanofluid across three distinct volume fractions. The findings revealed that although an increase in nanoparticle concentration from 0% to 4% substantially improved heat transfer, resulting in approximately a 20% enhancement in both the average convective heat transfer coefficient and the Nusselt number, it significantly increases pressure drop along the battery chamber, which ultimately results in a slight decrease in performance efficiency of nanofluid.

کلیدواژه‌ها English

Heat Transfer Enhancement
LFP Battery
Immersion Cooling
Nanofluid

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 23 خرداد 1405