Как увеличить теплоотдачу батареи?

23 декабря 2021

Радиатор системы отопления — основной теплообменник, посредством которого тепловая энергия от циркулирующей жидкости передается в атмосферу помещения. Трубы, даже учитывая их значительную длину, служат для доставки жидкости в секции. 

Незначительная, сравнительно, площадь поверхности труб оказывает мало влияния на общее количество поступающего в помещение тепла. От того, как батарея отопления обеспечивает нагревание воздуха в помещении, зависит как температура внутри дома, так и экономность расхода энергоносителей (газа, угля, дров, электричества).

От чего зависит уровень теплоотдачи батареи отопления?

Количество тепла, которое поступает в помещение от радиатора, зависит от ряда факторов:

• материала батареи;

• количества секций;

• скорости циркуляции жидкого теплоносителя;

• варианта подключения;

• температуры жидкости.

Как видно из списка, уровень теплоотдачи зависит как от характеристик самого радиатора, так и от параметров системы. Но при прочих равных условиях, разные виды теплообменников отличаются по эффективности. От выбора батареи зависит очень много. Но все преимущества даже самого совершенного нагревателя могут потеряться при неправильной эксплуатации.

Похожие статьи

• Проблемы с радиатором отопления
• Шум в радиаторе отопления

Причины уменьшения теплоотдачи батареи отопления

Также на качество обогрева влияет ряд обстоятельств, которые приводят к тому, что радиаторы отопления работают не в полную силу. Это:

• низкая мощность котла;

• загрязнение внутренних проходов в трубах и секциях;

• использование коробов;

• неправильная установка секций;

• окраска толстым слоем краски;

• загрязнение поверхности.

Часто при увеличении площади дома, достройке мансарды, или веранды, установке дополнительных секций батарей в расчете на то, что станет теплее, не принимают во внимание мощность котла. Принятая усредненная формула, что на 10 м2 площади дома нужно 1 кВт мощности котла справедлива не всегда. Например, при наличии контура ГВС потребуется 1,2 кВт, а при подсоединении бойлера косвенного нагрева, 1,25 кВт. 

Если высота потолков более 3 м, в доме предусмотрены просторные залы, а стены и потолки не утеплены, то может не хватить и 1,5 кВт на 10 квадратных метров. Для расчета оптимальной мощности котла необходимо привлечь инженера-теплотехника. Только в случае правильного выбора, можно приниматься за усовершенствование, или замену радиаторов.

Если в систему залита вода, которая не подвергалась предварительной очистке и подготовке, то внутри труб и секций накапливаются отложения. Если в металлопластиковых трубах их меньше, то в металлических, как и проходах батарей, они могут занимать до 50% полезного сечения.  

Кроме сужения сечения прохода, отложения обладают очень низкой теплопроводностью. Повышения теплоотдачи можно добиться, просто очистив протоки. Делать это рекомендуется перед каждым запуском системы отопления осенью. Ни в коем случае не сливайте воду на  лето. Если внутрь труб и радиаторов попадет воздух, уничтожить систему можно за несколько месяцев.

Еще одна причина недостаточной теплоотдачи батареи — ошибки при монтаже. 

Наиболее распространенные причины маленькой теплоотдачи батареи:

• установка батареи в нише;

• слишком широкие подоконники;

• плотные шторы, закрывающие всю поверхность;

• декоративные короба.

Если устранить все препятствия для циркуляции воздуха, то температуру в доме можно повысить на несколько градусов без увеличения расхода энергоносителей. 

Неплохой эффект дает установка теплоотражающих экранов из фольгированных материалов со стороны стены. Еще на 1 – 2 градуса повысит температуру вентилятор, установленный под углом к поверхности радиатора. Теплый воздух быстрее отводится от секций, что увеличивает интенсивность теплообмена.

При использовании батарей, особенно чугунных, владельцы квартир и домов стараются сделать их более привлекательными по виду. Для этого при каждом косметическом ремонте чугунные радиаторы, да и нередко, стальные, красят эмалью или алкидной краской. Если система работает давно, то слоев краски может набраться несколько, каждый из которых создает препятствие для теплопередачи. 

В случае, когда старая краска растрескалась и местами отслоилась, лучше всего снять радиатор, очистить  поверхность при помощи болгарки, загрунтовать о покрасить специальной краской, выдерживающей нагрев до 100о С и выше. Цвет краски лучше всего выбирать темный или серебристый. Алюминиевая краска очень хорошо проводит тепло, практически не снижая теплоотдачи.

Какой радиатор выбрать?

Но главное, от чего зависит уровень теплоотдачи — вид батареи. Интернет-магазин отопления и водоснабжения boiler.ua предлагает на выбор все существующие виды и модели радиаторов. Неспециалисту сложно разобраться, какой именно выбрать для конкретных условий применения. Замечание об условиях использования не случайно — каждый из видов имеет право на существование, нет абсолютно плохих, или исключительно хороших. Каждый из видов проявляет свои плюсы только в определенных обстоятельствах, как, впрочем, и минусы.

На современном рынке представлены радиаторы:

• чугунные;

• стальные;

• биметаллические;

• алюминиевые.

Каждый из них обладает определенным коэффициентом теплоотдачи, который измеряется в Вт/м∙К, или калориях в час. Коэффициент перевода — 1 Вт/м∙К = 859,8452279 кал/ч.

Но из приведенных данных не следует, что стальные радиаторы лучше чугунных, или хуже алюминиевых. Например, в домах с централизованным отоплением ставить ни стальные, ни алюминиевые радиаторы не рекомендуется. При опрессовке системы, которая проводится регулярно, они не выдержат давления и выйдут из строя. 

Если выбирать батареи для дома с автономным отоплением, то лучше всего подходят биметаллические радиаторы. Это легкие, эффективные и долговечные теплообменники с высоким КПД. Но цена их не всегда устраивает владельца дома. Алюминиевые батареи дешевле, мало отличаются от биметаллических по уровню теплоотдачи, но значительно уступают по долговечности. Для их производства используют не чистый металл, сплавы и порошки с относительно небольшим содержанием алюминия.

Чугунные радиаторы идеально подходят для систем централизованного отопления. Но у них есть небольшие недостатки — вес и устаревший дизайн. По долговечности — это самые устойчивые к внешним воздействиям батареи.

Стальные отличаются легкостью и компактностью, современным дизайном и высоким КПД, но устойчивость к коррозии вызывает вопросы.

Способы повышения теплоотдачи радиаторов

Таких способов несколько, но действуют они в комплексе:

• обеспечение свободной циркуляции воздуха;

• регулярная очистка каналов;

• установка дополнительных секций, если позволяет мощность котла;

• использование циркуляционных насосов;

• профессиональная разработка проекта системы отопления;

• правильный выбор вида радиатора.

Купить все для отопления лучше всего в одном магазине. Так обойдется дешевле за счет скидок на крупную покупку, и вы воспользуетесь возможностью получить исчерпывающие консультации по выбору и эксплуатации оборудования. 

Поделится

Поделится

Новый комментарий

Войти с помощью

Отправить

повышаем температуру в отопительный сезон

Часто в квартирах, особенно старой застройки, с каждым годом зимой становится всё холоднее. Людям приходится приобретать и использовать электрические отопительные приборы, что приводит к существенному повышению стоимости коммунальных услуг. Но зачем переплачивать за перерасход электроэнергии, если есть более дешёвые варианты исправления ситуации? Сегодня мы расскажем о простых способах увеличения теплоотдачи батарей отопления, которые не требуют значительных затрат, воплотить в жизнь которые вполне по силам любому домашнему мастеру. Стоит рассмотреть и причины, приводящие к снижению температуры в помещении.

Забитые каналы секций радиатора – частая причина снижения температуры в помещении

Содержание статьи

• 1 Частые причины уменьшения теплоотдачи батареи отопления
  • 1.1 Используем экран-отражатель: применение вспененного полиэтилена
  • 1.2 Увеличение теплоотдачи при помощи дополнительных приспособлений и окраски
  • 1.3 Улучшение конвекции, путём увеличения циркуляции воздуха
• 2 Общие правила улучшения теплоотдачи радиаторов отопления
• 3 Подведём итог

Частые причины уменьшения теплоотдачи батареи отопления

Чаще всего причиной уменьшения теплоотдачи радиаторов становится накипь и ржавчина, скапливающаяся внутри. Если сам радиатор промыть (что должны делать коммунальные службы ежегодно), то теплоотдача значительно увеличится. То же касается и стояков отопления. Однако, своими силами такую процедуру произвести не удастся по причине того, что при производстве подобных работ (даже летом) необходим слив воды из системы. Без помощи специалистов здесь не обойтись. Это же касается и замены радиаторов с чугунных на биметаллические – они имеют большую теплоотдачу. Поэтому на столь сложных и трудоёмких вариантах мы останавливаться не будем. Лучше рассмотрим более простые способы, выполнить которые сможет любой домашний мастер, даже не имеющий опыта работ в подобной области.

Теплоотдача биметаллических радиаторов выше, чем у чугуна

Используем экран-отражатель: применение вспененного полиэтилена

Использование отражающего экрана – довольно популярный метод увеличения теплоотдачи. Вспененный полиэтилен с фольгированным покрытием с одной стороны прекрасно подходит для этих целей. Такой экран (он должен быть больше самого радиатора) помещается за батареей фольгой в направлении комнаты и фиксируется на стене на двухсторонний скотч или жидкие гвозди. Вспененный полиэтилен обеспечивает дополнительное утепление, а фольга отражает тепло, которое до установки экрана прогревало стену, направляя его в помещение.

Важная информация! Лучше всего, когда такие моменты продумываются ещё на этапе монтажа батарей отопления. В этом случае за радиатором можно закрепить стальной ребристый щит, который будет накапливать тепло, после чего направлять его в комнату. Такие щиты удобны, если часто происходят отключения отопления.

Примерно так выглядит экран из фольгированного вспененного полиэтилена

Также в роли экрана неплохо себя зарекомендовали базальтовые плиты с алюминиевым покрытием.

Увеличение теплоотдачи при помощи дополнительных приспособлений и окраски

Для увеличения температуры воздуха в помещении используют специальные кожухи из алюминия, которые одеваются на радиатор. С их помощью увеличивается площадь батареи отопления и, как следствие, их теплоотдача. Стоимость подобных кожухов невелика, а эффект довольно значителен.

Цвет, в который окрашены батареи отопления, тоже имеет большое значение. Лучше для этих целей выбрать более тёмные оттенки. К примеру, радиатор, окрашенный в коричневый цвет имеет теплоотдачу больше, чем белые, на 20-25%.

Такой кожух улучшает внешний вид и увеличивает теплоотдачу

Улучшение конвекции, путём увеличения циркуляции воздуха

Каждый знает, что улучшение циркуляции воздуха способствует более быстрому прогреву помещения. Для этих целей можно использовать вентилятор, который устанавливается таким образом, чтобы достигнуть максимального потока тёплого воздуха в сторону помещения.

Полезная информация! Если дома имеются кулеры от компьютеров, которые не используются, можно их установить под радиатором, направив поток воздуха вверх. Это максимально увеличит конвекцию, в результате чего в комнате станет значительно теплее.

Увеличить конвекцию (если радиатор утоплен под подоконником) можно, прорезав в подоконнике отверстия и закрыв их экранами или декоративными крышками. Таким образом, тёплый воздух не будет задерживаться в нише, что улучшит циркуляцию.

Эту страну не победить! Самостоятельный монтаж вентиляторов для улучшения конвекции:

Общие правила улучшения теплоотдачи радиаторов отопления

Для того чтобы в будущем не сталкиваться с уменьшением теплоотдачи батарей, стоит об этом подумать ещё на этапе монтажа радиаторов. Основными правилами являются:

• обязательное утепление стены за радиатором, возможная установка стального экрана;
• установка биметаллических батарей взамен чугунных;
• монтаж кранов на входе и выходе радиатора (это позволит при необходимости самостоятельно промыть секции или добавить дополнительные без отключения и слива всей системы).

Если соблюдать эти нехитрые правила при монтаже, впоследствии будет намного проще увеличить температуру в помещении без обращения за помощью к специалистам. А это дополнительная экономия семейного бюджета.

Не очень удачное решение:решётка перекрывает путь теплу, а подоконник добавляет проблем с конвекцией

Подведём итог

Способов увеличить теплоотдачу радиаторов отопления очень много. Сегодня мы рассмотрели лишь основные из них. Однако, следует помнить, что всегда проще всё продумать заранее, на стадии монтажа, чем прикладывать множество усилий впоследствии, без уверенности в том, что результат будет значительным. К сожалению, в России всё делается на «авось». Заключительным советом редакции Homius.ruбудет такая рекомендация: думайте о будущем и не жалейте средств при монтаже. Сэкономленные сегодня финансовые средства могут завтра обернуться затратами, которые в разы превысят Вашу экономию.

Наиболее оптимальный вариант – всё тепло поднимается вверх, благодаря чему создаётся нормальный теплообмен

Надеемся, что изложенная в сегодняшней статье информация была интересна и полезна нашему Уважаемому читателю. Несмотря на то, что мы постарались изложить всё достаточно подробно, возможно, у Вас остались вопросы по материалу. В этом случае задавайте их в обсуждениях ниже – редакция Homius.ru с удовольствием на них ответит в максимально сжатые сроки. Если вы знаете способ улучшить теплоотдачу радиаторов, который не нашёл отражения в сегодняшней статье, просим поделиться им с другими домашними мастерами – эта информация будет весьма полезна. А напоследок предлагаем посмотреть короткий, но достаточно информативный видеоролик по сегодняшней теме.

Watch this video on YouTube

Обсудить38

Предыдущая

Инженерия🔥 Невидимое тепло: гипсокартонное инфракрасное отопление

Следующая

Инженерия☀ Тепловая завеса на входную дверь: комфортная температура в помещении при любом морозе

заряженных электромобилей | Как улучшить отвод тепла и увеличить срок службы батареи электромобиля

Опубликовано 7 февраля 2022 г. автором Charged EVs и размещено в разделе «Спонсируемый контент», The Tech.

При поддержке Von Roll

Клеевые продукты нового поколения для аккумуляторных батарей

Как улучшить рассеивание тепла, производительность и срок службы аккумуляторных модулей и блоков

По мере того, как текущая тенденция отходит от традиционных систем силовой передачи с ДВС (двигатель внутреннего сгорания) к полностью или гибридным электрическим системам, существует большой спрос и потребность в материалах нового поколения для аккумуляторных платформ на 48 В, 400 В и 800 В. Von Roll специализируется на электроизоляционных материалах, таких как пропитка, герметизация и смолы для покрытия, а также на гибких ламинатах для электротехники, электроники и аккумуляторов. Для всех типов аккумуляторов мы исторически известны технологией прокладок ячеек, основанной на химическом составе слюды и клеевых системах 

Обычно различают две клеевые технологии: самонивелирующиеся клеи и термоклеи.

Самонивелирующиеся клеи также часто называют «герметизирующими клеями» — как следует из названия, это клеи с низкой вязкостью, используемые в сборке аккумуляторных батарей для различных целей. Они предлагают идеальное сочетание заполнения зазоров и фиксации клеток, что мы называем подходом «отлил и забыл», наряду с гашением термических и механических ударов. Поскольку самовыравнивающиеся клеи обеспечивают равномерное рассеивание тепла от батареи, они также способствуют увеличению срока службы батареи в целом. С точки зрения эксплуатации они также обладают другими преимуществами, поскольку позволяют сократить производственные циклы и устраняют необходимость в дополнительных материалах для заполнения зазоров.

На модульном уровне наши самонивелирующиеся клеи в основном используются для трех различных целей. В качестве защиты вентиляционного колпачка они очень эффективны против коррозии и способствуют контролируемому выбросу вентиляционного газа с пониженным риском возгорания, а также фиксируют и защищают соединительную проводку. При использовании для фиксации нижней части самовыравнивающиеся клеи обеспечивают превосходное рассеивание тепла, демпфирование ударов и повышенную ударопрочность без необходимости использования заполнителей или конструкционных клеев. В полная заливка по сценарию , самовыравнивающиеся клеи обеспечивают высочайший уровень защиты модуля с наиболее эффективным однородным рассеиванием тепла, защитой от теплового разгона и максимальным демпфированием ударов.

Для крупносерийного производства комбинация защиты вентиляционного колпачка и герметизации для фиксации нижней части может быть очень эффективным решением, поскольку нет необходимости в дополнительных продуктах, таких как заполнители зазоров, прокладки для зазоров, структурные клеи или механическая фиксация. Для получения дополнительной информации об этом комплексном подходе посмотрите следующие видеоролики:

Дозировка Damival® 13682 в аккумуляторных модулях

Дозировка Damival® 13682 в аккумуляторах электровелосипедов

Чтобы продемонстрировать эффект рассеивания тепла нашими самовыравнивающимися клеями, мы провели термографическое сравнение теплового потока в отдельных элементах батареи. Было достигнуто значительно более однородное распределение температуры по сравнению с обычным заполнителем зазоров, пеной или прокладкой зазоров.

Рисунок 1: Сравнение рассеивания тепла между заполнителем и нашим Damival 1368x Series

Для герметизированных модулей серии 1368x характеристики теплового разгона были протестированы в полностью герметизированных модулях высоковольтных батарей. Результат: под герметичными участками без доступа кислорода реакции не наблюдалось – пламя гасили за 3 секунды. Температурный разгон также значительно замедлился – через 15 минут превосходное рассеивание тепла уже приводило к заметному снижению максимальной температуры, которая опускалась ниже 40°C через 50 минут. Полный и подробный отчет предоставляется по запросу.

Рис. 2. Испытание на термический разгон полностью герметизированного модуля с помощью Damival® 13682

Следующий уровень: Damival серии 1368x

Протестированная, испытанная и сертифицированная для применения в батареях, эта смола является экологически чистой благодаря использованию полиуретана нового поколения (безвредного для здоровья и безопасности). Будучи устойчивым к высоким температурам полиуретаном, не выделяющим газы альтернативой силиконовым герметикам, он подходит для использования при температурах до 150°C, обладает высокой эластичностью при удлинении до 200% и демонстрирует отличные характеристики при термическом ударе. Имея широкий спектр разрешений, этот продукт является негорючим, самозатухающим и классифицируется как неопасный товар для легкой транспортировки. В целом универсальный материал подходит для целого ряда применений, от заливки печатных плат (печатных плат) до использования в качестве клея.

Термические клеи также известны как термоклеи и в основном используются для механической фиксации и термического соединения модулей или пакетов с системой охлаждения. Они могут обеспечить дополнительную герметизацию для предотвращения миграции влаги, которая может повлиять на долгосрочную работу батареи.

• Фиксация на уровне модуля/пакета для теплового соединения с системой охлаждения
• Демпфирование термических и механических ударов
• Хорошая адгезия к широкому спектру подложек
• Более высокая производительность – замена механической фиксации и дополнительная герметизация
• Высокая теплопроводность более 2,5 Вт/мК для отвода тепла

на модулях или пакетах во всех технологиях с использованием ячеек, таких как призматические, пакетные или цилиндрические ячейки.

На уровне модуля термические клеи обеспечивают соединение и фиксацию ячеек, соединение ячеек с системой охлаждения и поддержку герметизации модулей. При использовании для фиксации на уровень пакета , модули механически прикрепляются к блоку, закрепляется блок BMS (Battery Management System), устанавливается соединение с системой охлаждения пакета, и блок аккумуляторов получает дополнительную герметизацию. В качестве термоклея в других случаях клей может служить для фиксации блоков BMS и пакетов ячеек, обеспечивать однородный отвод тепла, гасить удары, повышать устойчивость к сбоям и выполнять функцию уплотнения от влаги и влаги.

Термические клеи следующего уровня на основе Damival Series

Протестированный и проверенный в применении к аккумуляторным батареям, этот клей безвреден для здоровья и безопасности благодаря использованию полиуретана нового поколения (безвреден для здоровья и безопасности). В качестве альтернативы силиконовым герметикам, не содержащей силикона и не выделяющей газов, он подходит для использования при температурах до 150°C. Эта высокоэластичная смола демонстрирует отличные характеристики при термическом ударе, а в дополнение к высокой теплопроводности 2,5 Вт/м·К низкая температура стеклования (ниже -45°C) позволяет сохранять высокую эластичность даже при низких температурах. Негорючий, самозатухающий и классифицируемый как неопасный товар, его легко и безопасно транспортировать.

Если у вас есть какие-либо вопросы о наших продуктах и ​​о том, как они могут быть лучше всего для вас, пожалуйста, свяжитесь с нашими экспертами напрямую: [email protected] или по адресу www.vonroll.com

Von Roll — одна из самых традиционных промышленных компаний Швейцарии. Истоки восходят к 1803 году. Уже более 100 лет Von Roll поддерживает наших клиентов в решении задач электрификации и производства энергии. Являясь лидером в области систем электроизоляции, Von Roll продвигает глобальную электрификацию. Эти продукты необходимы для непрерывного промышленного перехода к нулевым выбросам.

При поддержке Von Roll

Теги: Институт фон Ролла

Решение проблем нагрева аккумуляторов с помощью теплопередачи

Аккумуляторные технологии являются неотъемлемой частью нашей жизни: от смартфонов до массивных электрохимических систем хранения энергии и от гибридных автомобилей до полностью электрических самолетов наша зависимость от аккумуляторов постоянно растет. Однако эта технология далека от совершенства, и оптимизация конструкции аккумуляторов, особенно с точки зрения регулирования температуры и теплопередачи, сегодня является ключевой задачей для инженеров и производителей.

Несмотря на то, что литий-ионные батареи являются лучшими перезаряжаемыми батареями, доступными на сегодняшний день, они имеют два основных недостатка: (1) они разлагаются, хотя и медленно, и (2) они очень чувствительны к теплу. В этой статье мы сосредоточимся на втором аспекте — более конкретно, мы рассмотрим использование численного моделирования для понимания управления температурным режимом и теплопередачи в аккумуляторных технологиях. Хотя большая часть следующего обсуждения касается аккумуляторных батарей, используемых в электромобилях, оно применимо к любой технологии, использующей литий-ионную технологию.

Производительность и срок службы батареи зависят, среди прочего, от конструкции батареи, используемых материалов и рабочей температуры. Для аккумуляторных батарей, используемых в электрических или гибридных транспортных средствах, рабочая температура (обычно в диапазоне 20–35 °C) имеет решающее значение для обеспечения максимальной эффективности. Работа при более низких температурах влияет на емкость, а при более высоких температурах сокращается срок службы. Отчеты показывают, что пробег электромобилей может снизиться на целых 60%, когда температура окружающей среды падает ниже -6 °C, и примерно на 50% при эксплуатации при температуре 45 °C. Еще одним фактором, влияющим на срок службы аккумуляторных батарей, является распределение внутренней температуры. Разница более чем примерно в 5 °C в ячейке/модуле (многие из которых могут быть внутри упаковки) снижает общий срок службы, а также емкость. На рис. 01 показано распределение температуры в стандартной аккумуляторной стойке.

Рис. 01: Распределение температуры в стандартной аккумуляторной стойке. Температура отображается в Кельвинах. (Источник: общественные проекты SimScale)

Как показано, в нормальных условиях температура может находиться в диапазоне от 25 °C до 35 °C. Без сомнения, тепловое поведение аккумуляторов в реальных условиях эксплуатации оказывает сильное влияние на их полезность в разных приложениях, поэтому поддержание эффективного и точного управления температурным режимом имеет первостепенное значение.

Обзор подхода, основанного на моделировании

Численное моделирование систем управления температурным режимом зарекомендовало себя как отличный способ разработки и улучшения конструкции аккумуляторов при значительно меньших затратах, чем физические испытания. Четко определенный и продуманный подход к моделированию может помочь точно предсказать тепловую физику внутри батареи и, следовательно, может служить полезным инструментом на ранних этапах процесса проектирования.

Для оценки тепловых характеристик аккумуляторной батареи использовалось множество различных имитационных моделей — от простых моделей с сосредоточенной емкостью на одном конце спектра до полноценных трехмерных имитационных моделей на другом. Однако все эти модели построены с использованием одних и тех же основных частей основного уравнения баланса энергии: (а) Каковы источники выработки тепла? (b) Каковы геометрические и тепловые свойства элементов батареи? И, наконец, (c) Какой механизм охлаждения используется? Различные модели учитывают эти компоненты с разной степенью точности, чтобы обеспечить желаемую точность и стоимость.

Тепло вырабатывается из двух источников:

1. Электрохимический процесс, связанный с выделением тепла в результате химических реакций внутри батареи.

Нагрев

2. Джоулей, также известный как омический нагрев или тепло, выделяемое за счет потока электричества.

Оба этих источника необходимо рассматривать с точки зрения их собственных определяющих уравнений. Каждый из них зависит от свойств материала, местной температуры и, конечно же, применяемой геометрии. Однако общепринятой практикой является использование экспериментально проверенных уравнений модели для обоих этих аспектов, чтобы значительно сэкономить на некоторых вычислениях, а также упростить структуру моделирования.

Геометрия элементов батареи и всего блока также может играть потенциально важную роль в характеристиках теплопередачи системы. Становится все более распространенным использование полных трехмерных геометрий (предоставленных в виде моделей САПР) в качестве исходных данных для анализа, а не относительно упрощенного двумерного приближения. Свойства материалов различных компонентов получены из данных производителя или из других экспериментальных исследований.

Наконец, конвекция обычно является основным методом рассеивания тепла (излучение играет минимальную роль, если вообще играет) в окружающую среду. Кондуктивный теплообмен внутри батареи может учитываться или не учитываться в зависимости от желаемой точности моделирования.

Изучите три основных механизма теплопередачи на нашем семинаре по термическому анализу. Посмотрите наше тепловое моделирование прямо сейчас!

Watch Free Workshop

Собираем все вместе

Возможно, самым простым подходом является использование модели сосредоточенной емкости. Это переходный подход проводимости, который предполагает, что температура твердого тела пространственно однородна и является функцией только времени. Не вдаваясь слишком далеко в детали, нетрудно заметить, что в этих подходах отсутствуют существенные детали. Тем не менее, есть случаи, когда эти модели, если они тщательно реализованы, могут представлять довольно точные переходные данные при очень низких затратах.

С другой стороны, детальное тепловое моделирование (например, предоставленное SimScale) может обеспечить более целостный обзор вовлеченной термодинамики, учитывая поток жидкости и теплопередачу внутри модуля батареи или батареи. При этом стало возможным разработать более совершенные системы охлаждения аккумуляторов. В этих симуляциях можно использовать точные спецификации свойств материалов, геометрических деталей, а также начальных и граничных условий. Если все настроено эффективно, можно ожидать очень точных результатов. Методы CFD с большим успехом применялись для термического анализа. Облачные инструменты моделирования позволяют значительно сократить общие вычислительные затраты, представляя при этом подробные пространственные и переходные данные. Это может иметь неоценимое значение для установления фундаментально правильного понимания вовлеченной теплофизики.

Моделирование конструкции батареи с помощью CFD

Пример успешного моделирования батареи с помощью CFD можно найти в работе Yi, Koo & Shin в их статье «Трехмерное моделирование теплового поведения модуля литий-ионной батареи для Применение гибридных электромобилей», опубликованной в журнале «Energies». Модуль литий-ионной батареи был настроен, как показано на рис. 02.

Рис. 02: Настройка CFD для модуля батареи LIB (Источник: J. Yi, B. Koo и C. B. Shin, «Трехмерное моделирование теплового Поведение модуля литий-ионной батареи для применения в гибридных электромобилях», Энергетика, т. 7, стр. 7586–7601 (2014)

Результирующее распределение температуры внутри модуля после 1620 секунд разряда и теплопередачи показано на рис. 03. «Трехмерное моделирование теплового поведения модуля литий-ионной батареи для применения в гибридных электромобилях», Энергия, т. 7, стр. 7586 – 7601 (2014)

Выводы

Мультифизический характер этой задачи означает что в каждом из этих подходов были сделаны упрощения по нескольким аспектам. Следовательно, всегда есть возможности для улучшения. В приведенном ниже списке показана лишь часть этих сложных аспектов:

• Более точное моделирование химического состава батареи и циклов зарядки/разрядки;
• Аккумуляторы, состоящие из широкого спектра материалов, включая тонкие слои металлов (покрывающие элементы), пористые материалы и т.