ارائه‌کننده: فاطمه جداری صالح زاده
استاد راهنما: دکتر محمد مهدی هیهات
استاد مشاور: دکتر سجاد بی‌غم
استاد ناظر داخلی: دکتر مهدی معرفت
استاد ناظر خارجی: دکتر علی قاسمیان
تاریخ: 1403/11/15
ساعت: 8
مکان: دانشکده مهندسی مکانیک، اتاق 154

چکیده:
آلودگی هوا، گرمایش جهانی و کمبود منابع سوخت فسیلی از مهم‌ترین چالش‌های زیست‌محیطی و اقتصادی دنیای امروز هستند که با توجه به نقش بزرگ بخش حمل‌ونقل در ایجاد این مشکلات، نیاز به خودروهای هیبریدی و برقی به طور قابل‌توجهی افزایش یافته است. باتری‌های لیتیوم یونی با چگالی انرژی بالا و عمر طولانی، گزینه‌ای ایدئال برای منبع انرژی خودروهای الکتریکی هستند، اما تجمع گرما در حین شارژ و تخلیه شارژ و خطر فرار حرارتی، توسعه آن‌ها را محدود کرده است از این باتری‌های لیتیوم یونی نیازمند یک سیستم مدیریت حرارتی برای کنترل دما و بهبود ایمنی و عمر هستند
در این راستا، مطالعه حاضر به بررسی طراحی و شبیه‌سازی یک سیستم خنک‌کاری باتری با هندسه‌های مختلف منیفولدکانال‌ها می‌پردازد. هندسه پایه شامل یک کانال منیفولد ساده و بدون تیغه است. این طراحی به دلیل کانال‌های عمیق و نواحی مرده در جریان سیال، انتقال حرارت را با مشکل مواجه می‌کند. ازاین‌رو، دو هندسه جدید منیفولد شامل منیفولد با تیغه‌های ساده و منیفولد با تیغه‌های دارای برش مستطیلی برای سیستم مدیریت حرارتی باتری با استفاده از خنک‌کننده مایع معرفی شده است. این طرح‌ها با هدف بهبود خنک‌کنندگی، یکنواختی دما و کاهش افت فشار در نرخ تخلیه سریع (5C) ارائه شده‌اند. شبیه‌سازی‌های عددی برای هر دو پیکربندی خنک‌سازی مستقیم و خنک‌سازی غیرمستقیم انجام شده است.
در پیکربندی خنک‌کاری غیرمستقیم، باتری‌ها درون یک قاب آلومینیومی به ضخامت یک میلی‌متر قرار می‌گیرند. نتایج شبیه‌سازی‌های عددی نشان می‌دهد که در طراحی خنک‌سازی مستقیم، منیفولد تیغه‌دار ساده دمای حداکثر باتری را 5/25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌دهد. با وجود اینکه افزودن تیغه‌ها باعث افزایش انتقال حرارت می‌شود، اما افت فشار را نیز افزایش می‌دهد. در منیفولد تیغه‌دار با برش مستطیلی، عملکرد حرارتی بیشتر بهبود یافته است درحالی‌که افت فشار نسبت به منیفولد با تیغه‌های ساده به میزان 3/44 درصد کاهش یافته است. خنک‌کاری غیرمستقیم عملکرد حرارتی خنک‌کاری را به وضوح در هر دو هندسه بهبود داده است. با‌این‌حال در خنک‌سازی غیرمستقیم، منیفولد تیغه‌دار با برش مستطیلی عملکرد بهتری نسبت به همه‌ی حالت‌ها از نظر یکنواختی دما و افت فشار نشان می‌دهد. در این پیکربندی، با نرخ جریان جرمی 006/0 کیلوگرم بر ثانیه، اختلاف دما به 2/7 درجه سانتی‌گراد و دمای حداکثر ماژول باتری به 8/43 درجه سانتی‌گراد می‌رسد.
این نتایج نشان می‌دهد که طرح‌های پیشنهادی عملکرد بهتری نسبت به طراحی‌های متداول منیفولد دارند.