静压箱结构参数对出口流场均匀性影响的研究

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锂离子电池作为新能源产业中重要的储能元件,是国家重点支持发展的高新技术产品。隔膜是锂离子电池结构中四大关键元件之一。高质量的隔膜能够大大提高锂离子电池的综合性能,而隔膜厚度的均匀性是隔膜重要的质量指标之一。隔膜厚度均匀性依赖于拉伸过程中热风加热的均匀性,热风加热均匀性依赖于热风风速的均匀性,而静压箱就是保证出风口热风风速均匀的关键设备。目前,静压箱大多按照经验设计,实际中很难保证热风加热的均匀性。本文分别以热风加热系统中预热段静压箱和拉伸段静压箱为研究对象,使用CFD (Computational Fluid Dynamics)数值模拟与实验相结合的方法,进行两种静压箱内部流场研究、数值模型的实验验证、两种静压箱各结构参数单因素研究、两种静压箱孔板结构参数多因素研究、两种静压箱结构参数优化。研究主要内容如下:首先,基于CFD数值模拟结果,以“速度偏差”为评价指标,分析两种静压箱内部速度场分布规律以及出口速度均匀性,并阐述静压箱的气体整流机理。同时分别搭建预热段静压箱和拉伸段静压箱的实验系统,进行相应的出口速度偏差测试,对比模拟和实验结果表明:模拟和实验的出口速度分布比较吻合,说明预热段和拉伸段静压箱的数值模型准确性高;预热段和拉伸段静压箱速度偏差的实验值分别约为0.4m/s、0.5m/s,满足速度均匀性要求。然后,对两种静压箱各参数进行单因素研究,指出各结构参数对出口速度偏差的影响规律和影响程度,其中孔板结构对出口速度偏差影响最大;并得到除孔板外其它结构参数的最佳取值。其次,对两种静压箱内孔板结构参数进行多因素研究(正交试验),给出孔直径d、长径比δ、厚径比ε对出口速度偏差影响程度;确定两种静压箱各自孔板的最优因素水平组合方案;并利用量纲分析和多元线性回归,得到出口速度偏差与d、δ、ε之间的关联式,在本正交试验范围内,该关联式能够较好的预测各孔板参数的出口速度偏差值。最后,根据前文研究内容,进一步优化得到两种静压箱各自最优结构参数,其中预热段静压箱孔板几何参数是:孔直径d=8mm,孔中心距l=15mm,孔厚度t=6mm,拉伸段静压箱孔板几何参数是:d=12mm,l=26mm, t=6mm,其它几何参数均为原型尺寸。本文研究得到结论和规律,可以作为静压箱设计的理论依据,以及为改造现有装置提供理论指导。
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