摘要：针对双回道液冷电池热料理编制闭头部件电池冷却器举行仿真商讨，将提取出的冷却液侧流道行为商讨对象，阐述换热器中波纹板机闭、冷却液质地流量与入口温度

摘要：针对双回道液冷电池热料理编制闭头部件电池冷却器举行仿真商讨，将提取出的冷却液侧流道行为商讨对象，阐述换热器中波纹板机闭、冷却液质地流量与入口温度对待流道内活动及换热的影响。商讨发明，波纹及上下板间的触点机闭会正在流道中形成的二次流，正在低Reynolds数（Re=739）下即可到达湍流，加强了换热成效。拟合了板片Nusselt数与Reynolds数的闭联式，发明板片的均匀传热系数跟着质地流量的抬高而增添，增幅可达374%，但功耗也随之疾捷增添，因此，须要合理选拔质地流量以平均传热与功耗。冷却液入口温度闭键通过热物性影响传热系数及压降，但合座影响幅度较小，因此正在实质行使中可不探讨时节与运转成分对电池冷却器功能的影响。

正在环球变暖、能源危境和都邑氛围污染的大配景下，尽恐怕裁减行使交通东西所形成的污染，抬高交通东西的能源诈欺功效，平昔往后都受到人们的体贴。目前行使守旧车辆内燃机的能源诈欺功效仅约30%，且会因为内燃机的运转形成尾气排放，酿成都邑境遇氛围污染的题目。电动汽车行为一类新型交通运输东西，其电性能量转化功效高达90%，且熟手驶历程中不会形成尾气排放，可能节俭石油资源打发，裁减都邑氛围污染，是办理都邑交通东西污染、能耗的众功用办理计划。电动汽车还兼具噪声污染小、智能编制集成性上等利益，受到市集通俗迎接，2018年，环球电动汽车销量打破200万辆，此中一半以上来自中国。跟着“特斯拉”超等工场于2019年正式落户上海并进入坐褥，可能料思，中国的电动汽车行业将迎来进一步的大幅拉长。

目前的电动汽车众采用高能量密度的锂离子动力电池行为驱动能源。因为锂电池自身的个性，正在行使历程中须要尽恐怕限定锂电池温度处于15～35℃的界限。正在汽车行驶历程中，锂电池中连接的电化学极化、内阻效应将形成热量，若不实时散出将酿成电池温度上升，使动力电池组寿命消重，电动汽车续航里程消重。同时，正在目前大容量、高能量密度电池以及疾充本领的利用下，动力电池的热通量将更大，对散热编制的哀求也更高。于是，电动汽车的动力电池编制须要厉苛的热料理限定。不然，将不光影响动力电池的寿命和容量，还会惹起电池的热失控，导致爆炸等垂危，紧要恐吓行车安定。开荒牢靠、高效的电池热料理编制（battery thermal management system,BTMS），维系电池处于合理的温度区间，对电动汽车的续航里程、行使寿命和安定性均相称紧张。

常用的电动汽车冷却形式有氛围冷却、双回道液冷、直接液冷、相变原料以及吸附原料热效应冷却等形式，依然贸易行使的形式为氛围冷却和双回道液冷，其他形式仍中止正在尝试室阶段。目前因为氛围冷却无法餍足电池日益抬高的散热需求已被镌汰，现有商用电动汽车众采用冷却液双轮回液冷编制，其编制道理如图1所示。BTMS正在车辆空调编制的底子上高度耦合而成，回道中与用于调整客舱温度的蒸发器并联一个换热器，称为电池冷却器。个人制冷剂将流入电池冷却器中，正在电池冷却中蒸发吸热，接收另一侧回道中的冷却液的热量。冷却液则进入电池冷板中带走热量。

图1 双回道液冷电池热料理编制Fig.1 Second-loop indirect liquid cooling battery thermal management system

电池冷却器是承当电池散热的闭头部件，其换热个性将直接影响电池散热的成效，而因为车体内部空间的限度，须要采用紧凑换热器，因此日常采用铝制钎焊式的板式换热器。为了进一步抬高电池换热器的换热成效，可能正在电池板式冷却器的流道中计划湍流爆发机闭，这些计划沿流向阻断活动和温度鸿沟层的发扬，加强湍流强度，进而加强换热。

国表里学者对闭联的板式换热器中的活动和换热个性发展了仿真与试验商讨。正在试验方面，Focke等行使活动显示本领对板式换热器发展商讨，发明沿波纹倾向的水流会形成二次流旋涡运动，波纹角度对传热速度的影响较小。魏文修等阐述了点波板式换热器内活动换热及压降个性，发明正在Reynolds数大于300之后，对传播热系数将正在5000 W/(m2·K)以上，且将跟着Reynolds数的抬高而不断增添。编制层面，张年龄等搭修了电动汽车冷却编制试验平台，阐述了具有电池冷却器的汽车空调与电池冷却编制中的耦合影响。

不过，因为电池板式冷却器中的活动景况相称纷乱，守旧的试验商讨仅能从合座换热器及编制参数角度对其举行商讨，要是采用数值模仿的举措则可能商讨具有湍流爆发机闭板片的传热和压降个性，还可能显示板片间湍流活动特质，有助于对其内部机闭进入深切的阐述与商讨，裁减试验周期和本钱。张如许等对调热器中的反复传热单位举行修模，采用了SST k-ω模子对单相流体液态水正在点波板式换热器中的活动与换热发展了数值模仿商讨，发明点波机闭的焊接圆面之间流体形成旋涡，酿成鸿沟层分别，同时伴有热烈的回流。徐志明等也针对某板式换热器的反复的单位举行水-水工质模仿商讨并与试验数据比拟，发明抬高换热器功能不行纯正抬高流速，还与进出口温差相闭；对模仿取得的速率、压力、温度分散举行阐述，发明流道内活动和传热分散不均。

综上所述，目前闭于板式换热器的仿真商讨的工质闭键行使水、油等工质，常用正在汽车规模的乙二醇防冻液的活动与传热个性商讨较少。同时，仿真的几何模子也常提取出此中的反复单位机闭举行商讨，而不是对一切板片举行阐述，无法阐述板片分别处所的活动与传热的平均性，无法从一切板片计划角度改革活动与传热个性。因此，本文从板片标准对乙二醇防冻液正在板片流道中的传热与活动个性举行阐述，以期对电动汽车热料理编制的电池冷却器部件的利用供给参考。

所商讨的电池冷却器外形如图2所示，共由21层板片叠装构成，组成20个反复流道。因为电池冷却器中流道机闭纷乱，且具有长宽比大的机闭特性，要是将其合座举行修因袭真，网格数将到达数亿级别，且网格质地也很难确保。同时，因为其内部流道均由众个一样的板片互相堆叠酿成，流道机闭一样，于是将对此中一层冷却液侧的流道打开商讨，其个性可能相应拓展至一切换热器。

图2 电池冷却器合座机闭外形Fig.2 Overall structure and shape of the chiller

抽取出两侧板片间酿成的冷却液侧流道，并对其举行几何整理与轻细特质简化。同时，为避免入口效应还增添了进出口管道，将该模子行为计较域。计较域的外形尺寸为90.5 mm×58.5 mm×0.65 mm，入口和出口管道的尺寸为φ15.2 mm×60 mm。

通过文献调研，正在微通道板式换热器规模举行传热功能仿真常采用的模子有RNG k-ε型、Realizable k-ε模子和SST k-ω模子。正在本文中，鉴于SST k-ω模子对壁面邻近低Reynolds数活动有更高的解析度，因此采用SST k-ω模子发展计较与阐述。SST k-ω模子搜罗连结性方程、动量方程、能量方程以及湍活动能和耗散率方程。

流道机闭长宽比很大，为一薄层机闭，且流道机闭纷乱众变，于是采用四面体网格举措天生网格。对壁面增添3层鸿沟层以抬高壁面邻近活动切实凿性，同时确保第一层网格y+＜1以餍足SST k-ω模子哀求，天生的网格断面如图3所示。

对网格举行无闭性验证（表1），比拟数目最众的第3种网格算例发明，网格1和2正在温度和压力两方面的均匀相对偏差均正在0.1%以内，最终选拔数目为2005861个的网格2。对网格质地举行检讨，其最小正交质地为0.7，可能到达计较精度哀求。

采用ANSYSFLUENT 2020R1举行模仿计较。正在计较工况中，管道进出口流量恒定，餍足质地守恒定律，同时各求解方程残差安稳时可视为收敛。算法采用SIMPLE算法求解速率-压力耦合方程。采用二阶迎风款式计较连结性方程、动量方程、能量方程以及湍活动能和比耗散率方程。

冷却液侧的活动工质采用乙二醇水溶液（乙二醇质地分数50%），其物性睹表2，编写用户自界说物性输入步伐。

测序结果提示患儿存正在ERCC6基因复合杂合突变（表 1），Sanger测序(表 2)：对父母举行同片断序列阐述结果显示，该患儿辨别遗传了父亲及母亲的杂合突变，该患儿ERCC6复合杂合突变中核苷酸 变 化 c.116-1125delTGAGTATTTC、c.780-781insCC；氨基酸变革：p.Ser372SerfsX30p.S372SfsX30、p.ProfsX70p.P260PfsX70；基因亚区：EX5；CDS4，属框移突变，该框移突变导致氨基酸编码卵白爆发提前终止，形成截短卵白，会对卵白质的结果和功用形成较大影响；该突变正在文献中未睹报道；与CS发病有闭联性。

为了验证仿真结果的牢靠性，服从中华国民共和国呆板行业法式JB/T 8701—2018《制冷用板式换热器》中板式换热器热工功能测定的哀求搭修了相符测试法式的测尝尝验台，测试取得电池冷却器全板片换热量数据。遵照偏差阐述，其尝试换热量最大偏差为17%。比拟众组入口流量为q m=0.01022 kg/s基准工况下的尝试与仿线），发明其折算单层换热量与压降过错小于40%，且具有精良的同等性。

表2 冷却液（50%乙二醇-50%水）物性Table 2 Properties of coolant（50%ethylene glycol-50%water）

图4 试验与仿线 Comparison of heat exchange capacity between simulation and experiment

阐述偏差起原发明,除了试验测试偏差以外，原由有两个方面。其一，仿真所得单层换热量是正在彰彰的进出口效应下取得的，将大幅加强换热。其二，试验的单层换热量数据是由合座换热量均匀取得，无法反响跟着板式换热器众层流道中温升导致换热渐渐恶化的影响。两者都使得仿真的换热量偏大，但总体的过错安稳，仿真与试验有同等性。

2.2.1 速率场阐述 为了阐述板片间流道内的换热和压降个性，须要对冷却液正在流道中的活动情形举行阐述并明白波纹板机闭中流体的活动特性。以入口温度293.15 K、质地流量0.0102 kg/s工况为例，提取出波纹板分别高度处所的剖平面临活动速率分散举行阐述。

ntour on cross section at different height positions

图5为波纹板间分别高度处所剖面的速率云图。冷却液的活动受到流道机闭的影响，人字形波纹板的式样决意活动的实在样式，其酿成了“斜波纹”型活动。流道两侧的人字形波纹式样互为180°翻转，一侧波纹向“左”，而另一侧波纹向“右”，中心则酿成互相交叉活动。正在波纹板的触点处，流体无法通过，因此正在此机闭邻近形成了活动滞止区域，速率相对较低。

其它，对一切板片的活动举行阐述发明，其正在四个角落处均崭露了活动的滞止，流速极低，这对合座换热晦气，可能采用圆角过渡或计划机闭对活动举行领导，避免角落活动滞止的形成。

阐述活动对称处所横截面上个人区域的流线所示，可能发明，冷却液进入流道后正在波纹机闭的影响下，会正在触点邻近形成二次流。况且，上下板片相反的波纹机闭会正在流道间的流体形成旋涡，强化二次活动，进而衰弱鸿沟层的厚度，加强换热。

2.2.2 温度场与压力场阐述 提取出板片厚度倾向核心截面处的温度云图如图7所示。流体正在流道中渐渐被冷却，温度渐渐消重，从入口的293.15 K消重至与壁面同温度的273.82 K。

图6 对称处所横截面上个人区域流线 Streamline on cross section at a symmetric position

ntour on cross section at a symmetric position

为了阐述上下板接触机闭对温度场的影响，提取出上下两板片的触点邻近的流速和温度云图，如图8所示。因为板片互相接触，这个人将限度流体的活动，酿成触点前端的流体流速消重，这个人流体被壁面冷却足够，温度相对更低。

工况下，板片均匀传热系数与压降随质地流量的变革如图9所示。阐述发明，正在较低质地流量下，对应Reynolds数低于1000（仅Re=739）时，板片中的传热系数便依然到达103量级，显示此中的活动与传热由于波纹机闭的存正在形成的旋涡二次活动，活动到达湍流。

图8 两板接触点邻近的温度和流速云图Fig.8 Temperature and velocity co

图9 均匀传热系数及压降随质地流量的变革Fig.9 Average HTCand pressure drop varies with mass flow rate

正在行使工况中均匀传热系数为5557 W/(m2·K)，跟着质地流量的抬高，流体传热系数渐渐上升，增幅约374%。这是因为抬高质地流量将加强流体湍传播热，鸿沟层变薄，导致传热系数跟着质地流量的增添而增大。务必指出，这种增添是有限制的。一方面，抬高流速对传热系数的提拔成效将渐渐裁减。另一方面，跟着质地流量的增添，压降将疾捷增添，这对调热器中的安稳性和安定性会形成影响。因此，正在实质行使中须要优选适应的质地流量。其它，还拟合了该工况界限下的Nusselt数与Reynolds数、Promdtl数的闭联：

2.3.2 入口温度的影响 正在质地流量为q m=0.0102 kg/s条款下，冷却液入口温度对压降和传热系数的影响如图10所示。阐述发明，入口温度对传热系数的影响较小，跟着入口温度提拔，传热系数的增幅亏空20%。入口温度对压降的影响也较小，压降变革幅度同样亏空20%，这种微小的影响闭键是因为冷却液的物性跟着温度变革形成的，正在实质行使中可不探讨入口温度形成的影响。

图10 均匀传热系数及压降随入口温度的变革Fig.10 Average HTCand pressure drop varied with inlet temperature

针对电动汽车双回道液冷热料理编制中闭头部件电池冷却器打开了仿真商讨，阐述冷却器中板片机闭、质地流量及冷却液温度对待冷却液侧传热和活动的影响，取得以下结论。

（1）上下板片相反的波纹机闭会正在流道间的流体形成旋涡，强化二次活动，进而衰弱鸿沟层的厚度，加强该区域的湍动能。正在低Reynolds数下即可到达湍流，进而加强合座换热成效。

（2）板片间触点机闭的存正在使得这区域的活动被限度，酿成触点前端的流体流速消重，流体被壁面冷却足够，温度相对更低。

（3）传热系数跟着质地流量的抬高而增添，增幅可达374%，但这将明显抬高压降，抬高泵功，同时会对调热器的机闭安稳、安定形成影响，因此须要将流量限定正在合理界限内。

（4）传热系数及压降对冷却液入口温度的影响较小，存正在的影响闭键是温度对流体物性更正酿成的。