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静压箱结构参数对出口流场均匀性影响的研究

作　者: 邵继东
导　师: 夏良志; 赵宗昌
学　校: 大连理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 隔膜静压箱孔板速度均匀性正交试验
分类号: TM924
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
引言  10-12
1 文献综述  12-26
  1.1 锂离子电池隔膜概述  12-14
    1.1.1 隔膜的种类与性能  12
    1.1.2 隔膜的加工方法  12-14
    1.1.3 隔膜的发展趋势  14
  1.2 静压箱的研究现状  14-24
    1.2.1 通风系统中静压箱  15-16
    1.2.2 热风加热系统中静压箱  16-22
    1.2.3 静压箱中孔板结构  22-24
  1.3 本文研究内容与方法  24-26
    1.3.1 研究目标  24
    1.3.2 研究方法  24
    1.3.3 研究内容  24-25
    1.3.4 技术路线  25-26
2 静压箱数值模拟研究  26-41
  2.1 静压箱数值模型建立  26-30
    2.1.1 几何简化  26-28
    2.1.2 网格划分  28
    2.1.3 控制方程  28-29
    2.1.4 边界设定  29-30
    2.1.5 其它设定  30
  2.2 静压箱流场的评价指标  30
  2.3 静压箱模拟流场的分析  30-40
    2.3.1 流场可视化分析  31-38
    2.3.2 速度均匀性分析  38-40
    2.3.3 气体整流机理  40
  2.4 本章小结  40-41
3 静压箱数值模型的实验验证  41-53
  3.1 实验系统  41-47
    3.1.1 实验方法  41
    3.1.2 实验流程  41-44
    3.1.3 实验仪器  44-47
  3.2 实验测试  47-49
    3.2.1 实验参数  47-49
    3.2.2 实验步骤  49
  3.3 实验结果  49-52
  3.4 本章小结  52-53
4 静压箱结构参数的单因素研究  53-68
  4.1 预热段静压箱结构参数的单因素研究  53-61
    4.1.1 孔板  54-58
    4.1.2 上箱体高度  58
    4.1.3 下箱体高度  58-59
    4.1.4 进口  59-60
    4.1.5 出口  60
    4.1.6 小结  60-61
  4.2 拉伸段静压箱结构参数的单因素研究  61-67
    4.2.1 均风板角度  62-63
    4.2.2 上箱体高度  63-64
    4.2.3 下箱体高度  64
    4.2.4 进口  64-65
    4.2.5 出口  65-66
    4.2.6 小结  66-67
  4.3 本章小结  67-68
5 静压箱内孔板结构参数的正交试验研究  68-87
  5.1 预热段静压箱内孔板结构参数的正交试验研究  68-80
    5.1.1 指标、因素及水平的确定  68-70
    5.1.2 试验结果的统计分析  70-76
    5.1.3 孔板参数关联式  76-80
  5.2 拉伸段静压箱内孔板结构参数的正交试验研究  80-86
    5.2.1 试验结果的统计分析  81-84
    5.2.2 孔板参数关联式  84-86
  5.3 本章小结  86-87
6 静压箱结构参数的优化  87-92
  6.1 静压箱优化思路  87-88
    6.1.1 优化基础  87
    6.1.2 约束条件  87-88
    6.1.3 优化思路  88
  6.2 预热段静压箱结构参数的优化  88-89
  6.3 拉伸段静压箱结构参数的优化  89-91
  6.4 本章小结  91-92
结论  92-94
参考文献  94-98
附录A 实验仪器参数  98-100
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  100-101
致谢  101-102

静压箱结构参数对出口流场均匀性影响的研究

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