خنك‌ كاري مجموعه باتري‌هاي ليتيوم - يون با استفاده از نانو سيال توسط چاه حرارتي

Cooling of lithium-ion battery assemblies using nanofluids by heat sink

در پژوهش حاضر خنك­ كاري مجموعه ­اي از باتري‌هاي ليتيوم- يون (انباره)، توسط چاه حرارتي (heat sink) ميكروكانالي داراي ميكرولوله­ هاي موجي‌شكل به‌همراه نانوسيال نقره- (آب- اتيلن گليكول50%) بررسي شده‌است. براي حل معادلات و كوپل ميدان سرعت و فشار، از نرم­ افزار انسيس- فلوئنت و روش سيمپل (Simple) استفاده شده‌است. نتايج نشان مي‌دهد، اين سيستم مي­ تواند دماي انبارۀ ليتيوم- يون را بين 295 تا 305 درجۀ كلوين حفظ كند و در تمام غلظت­ هاي مطالعه‌شده، ماكزيمم اختلاف دمايي در سطح انباره، به‌ ترتيب 5 و 7 درجۀ كلوين است. هم‌چنين مشخص شد كه افزايش غلظت نانو سيال دماي يكنواخت­ تري را براي انباره فراهم مي ­آورد و در رينولدزهاي بالاتر، اگرچه توزيع دما يكنواخت ­تر است اما افزايش غلظت نانو سيال اثر محسوسي ندارد، مثلا ًدر 300Re = با افزايش غلظت از صفر تا 1%، بهبود يكنواختي دماي سطح 4/5% است. از طرفي افزايش عدد رينولدز بر قدرت پمپاژ سيال خنك­ كننده تأثير منفي دارد. هم‌چنين نرخ توليد آنتروپي حرارتي و اصطكاكي با افزايش كسر حجمي نانوذرات كاهش مي‌يابد به‌طوري‌كه در غلظت 1% ميزان كاهش آنتروپي اصطكاكي نسبت‌به سيال خالص برابر 9% است.

In the present study, the cooling of a pack of lithium-ion batteries in micro-channel heatsink with wavy microtubes was investigated in the presence of silver/water-ethylene glycol (50:50) nanofluid. ANSYS FLUENT software and SIMPLE method are used to solve the equations and coupling of velocity and pressure fields. The results show that this system can maintain the lithium-ion temperature between 295 and 305 K. At all studied concentrations, the maximum temperature difference at the surface is 5 and 7 K, respectively. It is also found that increasing the nanofluid concentration provides a more uniform temperature. At higher Reynolds numbers, although the temperature distribution is more uniform, increasing the nanofluid concentration has no significant effect. For example, at Re = 300, the improvement of surface temperature uniformity is 4.5% with increasing the concentration from zero to 1%. On the other hand, an increment in the Reynolds number has a negative effect on the pumping power of the coolant. Also, the rate of thermal and frictional entropy generation decreases with the volume fraction of nanoparticles, so that at a concentration of 1%, the rate of reduction of frictional entropy relative to pure fluid is 9%.