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《哈尔滨工程大学》 2010年
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蓄热电池一体化结构设计技术研究

徐鑫  
【摘要】: 由于传统的能源供应系统难以满足自主水下航行器(AUV)大深度、长航程的作业要求,本文设计了一种新型的水下蓄热式热电直接转换电池,包括高温蓄热器、热电直接转换器和一套作为电池热控装置的冷却系统。该电池体积小、质量轻、能量密度高、无排放、无运动构件、运行安全,具有广阔的应用前景。 本文全面地比较了几种高温蓄热方案的性能,最终基于Li/SF6缓慢燃烧进行了高温化学蓄热器的结构设计,包括防阻塞SF6喷嘴的结构、基于表面喷射的Li/SF6反应器结构、反应器外围隔热层的参数计算、蓄热器内的空间布置方式等,所有设计理念都是从有利于Li/SF6反应和传热方面考虑的。在理论计算的基础上,通过有限元分析软件对蓄热器组件的应力集中区进行强度校核,对蓄热器温度场进行数值模拟,优化蓄热器结构。 本文论证了通过调节SF6的流量和冷却系统的冷却量来控制电池的输出功率的可行性,并基于流体工质的蒸发、冷凝传热以及毛细力驱动流体循环的机理,对冷却系统进行结构设计。针对电池的变工况调节问题对冷却系统内的毛细蒸发器在不同热负荷下进行数值模拟,具体地说综合考虑了毛细芯内相变过程及毛细抽力的作用,建立描述蒸发器内工质流动和传热的二维模型,给出了稳态工况下汽液界面的形成位置和温度场、压力场的分布状况,并分析了不同热负荷下,多孔芯中流动与传热的特性。 本文最后给出了电池的整体结构,在满足所有性能的基础上尽量要结构简单、易于维护和拆装。 本文特别之处在于:热、应力、流场的全面分析;放热壁面、绝热材料的共扼求解;数值模拟与性能参数计算、能量分析并举。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM915

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【参考文献】
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