بررسی تاثیر اضافه نمودن نانوذرات تیتانیا به ماده تغییرفازدهنده سیستم ترکیبی خنک‌کاری باتری با شار حرارتی ثابت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه کاشان

2 دانشگاه کاشان

3 گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

با گسترش استفاده از باتری‌های لیتیوم-یون در صنایع، افزایش دمای آنها به عنوان یک چالش شناخته شده است. در این تحقیق با تکمیل سیستم مدیریت حرارتی ترکیبی، تاثیر اضافه نمودن ذرات نانوتیتانیا به ماده تغییرفازدهنده پارافین روی عملکرد خنک‌کاری باتری در دو حالت توان حرارتی ثابت 5/4 و ۱۴ وات بررسی شده است. سیستم ترکیبی شامل نانوپارافین و فوم فلزی به همراه دو نوع سیال عامل آب و هوا است. نانوذرات در چهار درصدحجمی 1، 2، 3 و 4 با پارافین ترکیب شده‌اند. برای سیال عامل هوا، در حالتهای پارافین خالص و چهار ترکیب نانوپارافین، دمای باتری به ترتیب برابر °C 56.2 ، °C 51.8 ، °C 50.7 ، °C 49.3 و °C 48 بدست آمده است. لذا از بین موارد بررسی شده، حالت نانوپارافین 4 درصد حجمی بیشترین کاهش دمای باتری داشته که نسبت به حالت پارافین خالص، حدودا 17% است. در سیستم با سیال عامل آب و در عدد رینولدزهای 420؛ 600 و 720 ، با استفاده از فوم مسی و نانوپارافین، باتری به دمای پایدار به ترتیب °C 48؛ °C 46 و °C 44 رسیده که در مقایسه با حالت پارافین خالص، باعث کاهش دما به میزان 11%، 12% و 5/12% شده است. لذا با توجه به کم بودن ضریب هدایت حرارتی پارافین، افزودن نانوذرات باعث افزایش نرخ انتقال حرارت از باتری شده و گزینه مناسبی برای سیستم ترکیبی مورد مطالعه می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation on the effect of addition of nano-titanium oxide particles to phase change material in a hybrid system for battery cooling under constant heat flux

نویسندگان [English]

  • mohsen malekipour 1
  • Majid Sabzpooshani 2
  • Ehsan Houshfar 3
1 Faculty of Mechanical Engineering, University of Kashan
2 Faculty of Mechanical Engineering, University of Kashan
3 School of Mechanical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

With the promoting use of lithium-ion batteries in industries, increasing their temperature is known as a challenge. In this research, by completing a hybrid heat management system, the effect of adding Nano-titanium oxide particles to paraffin PCM investigated experimentally on the cooling performance of battery in two constant heat flux, 4.5 and 14 watts. The hybrid system consists of nano-paraffin and copper metal foam, which has been used with two working fluids as air and pure water. Nanoparticles are added with pure paraffin in four volume percentages 1, 2, 3 and 4. In case of air working fluid, battery temperature in pure paraffin and nano-paraffins 1 to 4% became 56.2 °C, 51.8 °C, 50.7 °C, 49.3 °C and 48 °C, respectively. Thus. in case of nano-paraffin 4% comparing to the pure paraffin, temperature decreasing was about 17%. Hybrid system with pure water as a working fluid and using copper foam and nano-paraffin tested in Reynolds numbers 420, 600 and 720, and it is shown that the battery temperature reached to a stable temperatures of 48°C, 46°C and 44°C respectively, which comparing to the pure paraffin case, temperatures reduced by 11%, 12% and 12.5% respectively. Therefore, due to the low thermal conductivity of paraffin, the addition of nanoparticles in both working fluid cases of pure water and air is beneficial.

کلیدواژه‌ها [English]

  • heat transfer
  • Nanoparaffin
  • Lithium-ion batteries
  • Experimental Method