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應(yīng)用于電池?zé)峁芾淼木鶞匕宓臏囟忍匦匝芯?/h1>
2020-09-01 14:27:01· 來源：《應(yīng)用于電池?zé)峁芾淼木鶞匕宓臏囟忍匦匝芯俊?nbsp;
在電池?zé)峁芾碇嘘P(guān)鍵部件電池冷卻器的傳熱面積一般遠(yuǎn)小于動(dòng)力電池傳熱界面面積，兩者的面積差異會(huì)產(chǎn)生較大擴(kuò)展熱阻。若增大電池冷卻器的傳熱面積，勢(shì)必帶來加工成 在電池?zé)峁芾碇嘘P(guān)鍵部件電池冷卻器的傳熱面積一般遠(yuǎn)小于動(dòng)力電池傳熱界面面積，兩者的面積差異會(huì)產(chǎn)生較大擴(kuò)展熱阻。若增大電池冷卻器的傳熱面積，勢(shì)必帶來加工成本的上升以及可靠性與性能的降低。
為了減小電池冷卻器與動(dòng)力電池?fù)Q熱界面之間的擴(kuò)展熱阻，可在兩者之間放置均溫板。均溫板可看做一種特殊型式的熱管，其內(nèi)部充有氣液相變介質(zhì)。當(dāng)均溫板的一面受熱時(shí)，分布于受熱面的液體工作介質(zhì)蒸發(fā)成為蒸氣，并吸收熱量。蒸氣在另一面受冷凝結(jié)成為液體，在重力或毛細(xì)作用下回到蒸發(fā)面，形成循環(huán)。
均溫板能夠?qū)⒓械臒嵩?冷源的熱量/冷量傳遞到更大的面積。將均溫板應(yīng)用于電池?zé)峁芾?，有助于?shí)現(xiàn)動(dòng)力電池表面溫度的均勻性，增強(qiáng)電池冷卻器與動(dòng)力電池之間的換熱效果。
目前對(duì)于均溫板熱性的研究較多，學(xué)者對(duì)均溫板結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、熱性能方面做了大量的工作，但對(duì)于將均溫板應(yīng)用于電池?zé)峁芾眍I(lǐng)域的研究較少，也尚未有針對(duì)Ｒ1233zd均溫板的研究。
本文設(shè)計(jì)加工了一款具有內(nèi)部流道的均溫板，并向其中加注環(huán)保工質(zhì)Ｒ1233zd。將均溫板置于電池冷卻器與PTC加熱片之間，利用均溫板改善冷源與熱源之間的換熱效果和溫度均勻性。通過理論與仿真對(duì)均溫板表面溫度分布進(jìn)行了分析，通過實(shí)驗(yàn)獲得了均溫板溫度分布狀況，對(duì)于研究均溫板在熱管理領(lǐng)域的應(yīng)用具有一定的借鑒意義。
1 理論分析
1.1 均溫板設(shè)計(jì)
為驗(yàn)證均溫板的均溫效果，本文設(shè)計(jì)了一款均溫板。尺寸為980mm×620mm，流道設(shè)計(jì)如圖1所示。通過均溫板上方的6mm銅管充注口，可以向均溫板內(nèi)部充注相變介質(zhì)。相變介質(zhì)在均溫板內(nèi)受熱由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，吸收熱量;若在均溫板內(nèi)受冷則由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，釋放熱量，工作原理如圖2所示。
Ｒ1233zd是一種氫氯氟烴(HCFO)制冷劑，ODP=0，GWP≤3，無易燃性(ASHＲAE分類A1)［17］，且導(dǎo)電性差，幾乎絕緣，將Ｒ1233zd應(yīng)用于動(dòng)力電池?zé)峁芾?，能夠避免因泄漏引起的短路問題。本文中均溫板內(nèi)部填充有Ｒ1233zd，起到熱量傳遞與均溫效果。
1.2 均溫板內(nèi)部熱力學(xué)過程的相關(guān)假設(shè)
相關(guān)假設(shè)如下:
1)換熱過程為穩(wěn)態(tài)過程;
2)均溫板內(nèi)部的Ｒ1233zd液體與蒸氣均分布均勻，且流動(dòng)均為層流;
3)熱源對(duì)均溫板的加熱效果作用在均溫板整個(gè)平面，并視為均勻熱流;
4)忽略均溫板內(nèi)部蒸發(fā)和冷凝熱阻;
5)均溫板內(nèi)相變介質(zhì)不發(fā)生燒干。
1.3 數(shù)學(xué)物理描述
電池冷卻器與均溫板的換熱過程，如圖3(a)所示，可視為有內(nèi)熱源常物性二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程。
對(duì)于含內(nèi)熱源的二維穩(wěn)態(tài)溫度分布T(x，y)，數(shù)學(xué)描述為:
式中:qv為均溫板內(nèi)熱源發(fā)熱功率，W;λ為均溫板導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)。
邊界條件為:
根據(jù)文獻(xiàn)，當(dāng)相應(yīng)的面積不變，可將矩形散熱問題轉(zhuǎn)化為圓形散熱問題?；诖?，可將上述問題轉(zhuǎn)化為圖3(b)所示:
在圓柱坐標(biāo)下，含內(nèi)熱源的二維穩(wěn)態(tài)溫度分布數(shù)學(xué)描述為:
邊界條件為:
對(duì)式(7)連續(xù)積分兩次，可得其通解為:
式中:C1與C2由邊界條件確定。將邊界條件式(8)、(9)分別代入式(10)，聯(lián)解得:
故溫度分布為:
2 仿真
為得到均溫板表面更為直觀的溫度分布，本文利用商業(yè)仿真軟件COMSOL對(duì)均溫板進(jìn)行仿真。首先建立三維模型，均溫板、電池冷卻器、導(dǎo)熱墊的布置如圖4(a)所示。生成網(wǎng)格如圖4(b)所示。
為提高計(jì)算速度，將電池冷卻器溫度設(shè)置為恒定值，均溫板導(dǎo)熱系數(shù)λ為定值，λ=500W/(m·K)。當(dāng)均溫板背面熱源功率為345W，電池冷卻器溫度保持0℃時(shí)，仿真結(jié)果如圖5所示。電池冷卻器溫度保持0℃，均溫板溫度由中心向四周依次升高，在四角達(dá)到最高溫度23℃，等溫線呈環(huán)狀分布。
當(dāng)均溫板背面熱源功率為690W，電池冷卻器溫度保持0℃時(shí)，仿真結(jié)果如圖6所示。電池冷卻器溫度保持0℃，均溫板溫度由中心向四周依次升高，在四角達(dá)到最高溫度41℃，等溫線呈環(huán)狀分布。
當(dāng)均溫板背面熱源功率為690W，電池冷卻器溫度保持－5℃時(shí)，仿真結(jié)果如圖7所示。電池冷卻器溫度保持－5℃，均溫板溫度由中心向四周依次升高，在四角達(dá)到最高溫度37℃，等溫線呈環(huán)狀分布。
由仿真結(jié)果可知:
1)當(dāng)熱源功率上升時(shí)，均溫板表面平均溫度升高，表面溫差增加。
2)當(dāng)冷源溫度降低時(shí)，均溫板表面平均溫度降低，表面溫差降低。
通過調(diào)整均溫板當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)，可得到如圖8所示的仿真結(jié)果。隨著導(dǎo)熱系數(shù)的增加，均溫板表面平均溫度與表面溫差均不斷降低，最終趨于穩(wěn)定。由圖8可知，要進(jìn)一步減小均溫板表面溫度與溫差，需要增強(qiáng)均溫板內(nèi)部的換熱過程，如改變內(nèi)部充注量等。
3 實(shí)驗(yàn)
3.1 實(shí)驗(yàn)裝置
1)均溫板性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)
圖9所示為均溫板性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體為一套以Ｒ134a為制冷劑的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥與蒸發(fā)器組成。Ｒ134a制冷劑經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入冷凝器釋放熱量，經(jīng)過節(jié)流閥的節(jié)流作用后，進(jìn)入蒸發(fā)器并吸收熱量。該蒸發(fā)器作為冷源，其下方放置均溫板與硅橡膠加熱片。均溫板與蒸發(fā)器表面均貼合有若干T型熱電偶，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，并在計(jì)算機(jī)上顯示、存儲(chǔ)，進(jìn)而獲得均溫板與蒸發(fā)器表面的溫度分布。均溫板與硅橡膠加熱板之間涂抹有型號(hào)為HT4000的導(dǎo)熱凝膠，使兩者之間傳熱充分。均溫板與蒸發(fā)器之間放置型號(hào)為TGP8000的導(dǎo)熱墊，使兩者之間的空氣排出，以接觸充分，增強(qiáng)換熱。
2)均溫板與蒸發(fā)器
實(shí)驗(yàn)用均溫板采用吹脹加工工藝，實(shí)物如圖10所示。
均溫板性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)中用到的蒸發(fā)器采用一進(jìn)一出結(jié)構(gòu)，內(nèi)部流道如圖11所示。
3)熱源與熱電偶分布
為簡(jiǎn)便起見，在實(shí)驗(yàn)中用硅橡膠加熱板代替動(dòng)力電池作為熱源。實(shí)驗(yàn)用硅橡膠加熱板尺寸為350mm×150mm，單片加熱板最大發(fā)熱功率為115W。為模擬真實(shí)動(dòng)力電池的生熱情況，將6片硅橡膠加熱板布置均勻地貼于均溫板平整的一側(cè)，如圖12所示。為獲得均溫板溫度分布情況，在均溫板與蒸發(fā)器表面布置若干精度為±0.2℃的T型熱電偶。熱電偶布置如圖13所示。
3.2 實(shí)驗(yàn)工況
均溫板性能實(shí)驗(yàn)的變工況參數(shù)為橡膠板加熱片發(fā)熱功率與蒸氣壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器入口溫度。實(shí)驗(yàn)的全過程在環(huán)境溫度可控的環(huán)境室中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)工況如表1所示。
對(duì)比工況A1和A2可得不同熱源功率對(duì)均溫板溫度特性的影響;對(duì)比工況A2和A3可得不同冷源溫度對(duì)均溫板溫度特性的影響。
3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1)熱源功率為345W，冷源溫度為0℃。
圖14所示為環(huán)境溫度為27℃，硅橡膠加熱板發(fā)熱功率為345W，調(diào)節(jié)電池冷卻器入口溫度為0℃時(shí)的溫度分布圖。由圖14(a)可知，在該工況下，以均溫板中心為中心，溫度呈環(huán)形分布，表面溫度在中心達(dá)到最低，為0.50℃，并沿徑向向外升高。均溫板溫度在下部?jī)山翘庍_(dá)到最高，為30.60℃。均溫板表面溫差達(dá)到30.10℃。
由圖14(b)可知，在該工況下，蒸發(fā)器表面溫度在中部偏左最低，為－0.30℃，并向下方兩對(duì)角方向升高，在右下對(duì)角處達(dá)到最高，為11.10℃。蒸發(fā)器表面溫差達(dá)到11.40℃。
2)熱源功率為690W，冷源溫度為0℃。
如圖15(a)所示，在該工況下，以均溫板中心為中心，溫度呈環(huán)形分布，均溫板表面溫度在中心達(dá)到最低，為1.80℃，并沿徑向向外升高。均溫板溫度在下部?jī)山翘庍_(dá)到最高，為45.00℃。均溫板表面溫差達(dá)到43.20℃。
由圖15(b)可知，在該工況下，蒸發(fā)器表面溫度在中部偏左最低，為1.00℃，并向下方兩對(duì)角方向升高，在右下對(duì)角處達(dá)到最高，為25.70℃。蒸發(fā)器表面溫差達(dá)到24.70℃。
3)熱源功率為690W，冷源溫度為－5℃。
如圖16(a)所示，在該工況下，以均溫板中心為中心，溫度呈環(huán)形分布，均溫板表面溫度在中心達(dá)到最低，為－4.60℃，并沿徑向向外升高。均溫板溫度在下部?jī)山翘庍_(dá)到最高，為39.60℃。均溫板表面溫差達(dá)到44.20℃。
由圖16(b)可知，在該工況下，蒸發(fā)器表面溫度在中部偏左最低，為－5.40℃，并向下方兩對(duì)角方向升高，在右下對(duì)角處達(dá)到最高，為16.60℃。蒸發(fā)器表面溫差達(dá)到22.0℃。
3.4 熱阻分析
均溫板熱阻:
式中:Ｒsp均溫板熱阻，K/W;Th為熱源側(cè)溫度，℃;Tc為冷源側(cè)溫度，℃;Q為換熱量，W。
熱源側(cè)溫度:
式中:Ti為熱源側(cè)熱電偶測(cè)得的溫度，℃。
冷源側(cè)溫度:
式中:Ti為冷源側(cè)熱電偶測(cè)得的溫度，℃。根據(jù)上式，可計(jì)算不同工況下的均溫板熱阻，計(jì)算結(jié)果如表2所示。
由表2可知，均溫板在不同加熱功率、不同冷源溫度下的熱阻較?。?0］，具有良好的導(dǎo)熱性能。
本文搭建了均溫板性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，研究了在不同熱源功率、不同冷源溫度下的均溫板表面溫度分布情況。其中，熱源功率有345W和690W兩個(gè)工況;蒸發(fā)器進(jìn)口溫度有0℃和－5℃兩個(gè)工況。通過觀察在不同工況下的均溫板溫度分布情況，得到如下結(jié)論:
1)均溫板表面溫度分布與蒸發(fā)器表面溫度分布具有一致性。均溫板表面溫度在與蒸發(fā)器貼合處最低，并向周圍逐漸升高。均溫板表面溫差是由蒸發(fā)器表面的溫差與均溫板內(nèi)部溫度梯度造成。
2)熱源功率越大，均溫板表面溫度越高，溫差越大。當(dāng)熱源功率由345W升至690W，而蒸發(fā)器入口溫度保持0℃不變時(shí)，均溫板表面平均溫度由13.20℃升至25.84℃，表面溫差由11.10℃升至25.70℃;冷源溫度越低，均溫板表面溫度越低，溫差越小。當(dāng)蒸發(fā)器入口溫度由0℃降為－5℃，而熱源功率保持690W不變時(shí)，均溫板表面平均溫度由25.84℃降至18.15℃，表面溫差由25.70℃降至16.60℃。
3)仿真模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果在溫度分布上具有良好的一致性，兩者之間的差異是由于在實(shí)驗(yàn)中蒸發(fā)器與均溫板之間存在接觸熱阻導(dǎo)致。由溫度分布云圖可知，在蒸發(fā)器溫度均勻布的區(qū)域，均溫板所對(duì)應(yīng)的區(qū)域均溫性良好，可認(rèn)為均溫板具有較好的均溫效果。在不同工況下，均溫板熱阻約為0.03K/W，具有良好的導(dǎo)熱性能，對(duì)提升熱管理領(lǐng)域中冷熱源之間的換熱效果具有積極意義。
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2020-09-01 14:27:01· 來源：《應(yīng)用于電池?zé)峁芾淼木鶞匕宓臏囟忍匦匝芯俊?nbsp;
在電池?zé)峁芾碇嘘P(guān)鍵部件電池冷卻器的傳熱面積一般遠(yuǎn)小于動(dòng)力電池傳熱界面面積，兩者的面積差異會(huì)產(chǎn)生較大擴(kuò)展熱阻。若增大電池冷卻器的傳熱面積，勢(shì)必帶來加工成
在電池?zé)峁芾碇嘘P(guān)鍵部件電池冷卻器的傳熱面積一般遠(yuǎn)小于動(dòng)力電池傳熱界面面積，兩者的面積差異會(huì)產(chǎn)生較大擴(kuò)展熱阻。若增大電池冷卻器的傳熱面積，勢(shì)必帶來加工成本的上升以及可靠性與性能的降低。
為了減小電池冷卻器與動(dòng)力電池?fù)Q熱界面之間的擴(kuò)展熱阻，可在兩者之間放置均溫板。均溫板可看做一種特殊型式的熱管，其內(nèi)部充有氣液相變介質(zhì)。當(dāng)均溫板的一面受熱時(shí)，分布于受熱面的液體工作介質(zhì)蒸發(fā)成為蒸氣，并吸收熱量。蒸氣在另一面受冷凝結(jié)成為液體，在重力或毛細(xì)作用下回到蒸發(fā)面，形成循環(huán)。
均溫板能夠?qū)⒓械臒嵩?冷源的熱量/冷量傳遞到更大的面積。將均溫板應(yīng)用于電池?zé)峁芾?，有助于?shí)現(xiàn)動(dòng)力電池表面溫度的均勻性，增強(qiáng)電池冷卻器與動(dòng)力電池之間的換熱效果。
目前對(duì)于均溫板熱性的研究較多，學(xué)者對(duì)均溫板結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、熱性能方面做了大量的工作，但對(duì)于將均溫板應(yīng)用于電池?zé)峁芾眍I(lǐng)域的研究較少，也尚未有針對(duì)Ｒ1233zd均溫板的研究。
本文設(shè)計(jì)加工了一款具有內(nèi)部流道的均溫板，并向其中加注環(huán)保工質(zhì)Ｒ1233zd。將均溫板置于電池冷卻器與PTC加熱片之間，利用均溫板改善冷源與熱源之間的換熱效果和溫度均勻性。通過理論與仿真對(duì)均溫板表面溫度分布進(jìn)行了分析，通過實(shí)驗(yàn)獲得了均溫板溫度分布狀況，對(duì)于研究均溫板在熱管理領(lǐng)域的應(yīng)用具有一定的借鑒意義。
1 理論分析
1.1 均溫板設(shè)計(jì)
為驗(yàn)證均溫板的均溫效果，本文設(shè)計(jì)了一款均溫板。尺寸為980mm×620mm，流道設(shè)計(jì)如圖1所示。通過均溫板上方的6mm銅管充注口，可以向均溫板內(nèi)部充注相變介質(zhì)。相變介質(zhì)在均溫板內(nèi)受熱由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，吸收熱量;若在均溫板內(nèi)受冷則由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，釋放熱量，工作原理如圖2所示。
Ｒ1233zd是一種氫氯氟烴(HCFO)制冷劑，ODP=0，GWP≤3，無易燃性(ASHＲAE分類A1)［17］，且導(dǎo)電性差，幾乎絕緣，將Ｒ1233zd應(yīng)用于動(dòng)力電池?zé)峁芾?，能夠避免因泄漏引起的短路問題。本文中均溫板內(nèi)部填充有Ｒ1233zd，起到熱量傳遞與均溫效果。
1.2 均溫板內(nèi)部熱力學(xué)過程的相關(guān)假設(shè)
相關(guān)假設(shè)如下:
1)換熱過程為穩(wěn)態(tài)過程;
2)均溫板內(nèi)部的Ｒ1233zd液體與蒸氣均分布均勻，且流動(dòng)均為層流;
3)熱源對(duì)均溫板的加熱效果作用在均溫板整個(gè)平面，并視為均勻熱流;
4)忽略均溫板內(nèi)部蒸發(fā)和冷凝熱阻;
5)均溫板內(nèi)相變介質(zhì)不發(fā)生燒干。
1.3 數(shù)學(xué)物理描述
電池冷卻器與均溫板的換熱過程，如圖3(a)所示，可視為有內(nèi)熱源常物性二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程。
對(duì)于含內(nèi)熱源的二維穩(wěn)態(tài)溫度分布T(x，y)，數(shù)學(xué)描述為:
式中:qv為均溫板內(nèi)熱源發(fā)熱功率，W;λ為均溫板導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)。
邊界條件為:
根據(jù)文獻(xiàn)，當(dāng)相應(yīng)的面積不變，可將矩形散熱問題轉(zhuǎn)化為圓形散熱問題?；诖?，可將上述問題轉(zhuǎn)化為圖3(b)所示:
在圓柱坐標(biāo)下，含內(nèi)熱源的二維穩(wěn)態(tài)溫度分布數(shù)學(xué)描述為:
邊界條件為:
對(duì)式(7)連續(xù)積分兩次，可得其通解為:
式中:C1與C2由邊界條件確定。將邊界條件式(8)、(9)分別代入式(10)，聯(lián)解得:
故溫度分布為:
2 仿真
為得到均溫板表面更為直觀的溫度分布，本文利用商業(yè)仿真軟件COMSOL對(duì)均溫板進(jìn)行仿真。首先建立三維模型，均溫板、電池冷卻器、導(dǎo)熱墊的布置如圖4(a)所示。生成網(wǎng)格如圖4(b)所示。
為提高計(jì)算速度，將電池冷卻器溫度設(shè)置為恒定值，均溫板導(dǎo)熱系數(shù)λ為定值，λ=500W/(m·K)。當(dāng)均溫板背面熱源功率為345W，電池冷卻器溫度保持0℃時(shí)，仿真結(jié)果如圖5所示。電池冷卻器溫度保持0℃，均溫板溫度由中心向四周依次升高，在四角達(dá)到最高溫度23℃，等溫線呈環(huán)狀分布。
當(dāng)均溫板背面熱源功率為690W，電池冷卻器溫度保持0℃時(shí)，仿真結(jié)果如圖6所示。電池冷卻器溫度保持0℃，均溫板溫度由中心向四周依次升高，在四角達(dá)到最高溫度41℃，等溫線呈環(huán)狀分布。
當(dāng)均溫板背面熱源功率為690W，電池冷卻器溫度保持－5℃時(shí)，仿真結(jié)果如圖7所示。電池冷卻器溫度保持－5℃，均溫板溫度由中心向四周依次升高，在四角達(dá)到最高溫度37℃，等溫線呈環(huán)狀分布。
由仿真結(jié)果可知:
1)當(dāng)熱源功率上升時(shí)，均溫板表面平均溫度升高，表面溫差增加。
2)當(dāng)冷源溫度降低時(shí)，均溫板表面平均溫度降低，表面溫差降低。
通過調(diào)整均溫板當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)，可得到如圖8所示的仿真結(jié)果。隨著導(dǎo)熱系數(shù)的增加，均溫板表面平均溫度與表面溫差均不斷降低，最終趨于穩(wěn)定。由圖8可知，要進(jìn)一步減小均溫板表面溫度與溫差，需要增強(qiáng)均溫板內(nèi)部的換熱過程，如改變內(nèi)部充注量等。
3 實(shí)驗(yàn)
3.1 實(shí)驗(yàn)裝置
1)均溫板性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)
圖9所示為均溫板性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體為一套以Ｒ134a為制冷劑的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥與蒸發(fā)器組成。Ｒ134a制冷劑經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入冷凝器釋放熱量，經(jīng)過節(jié)流閥的節(jié)流作用后，進(jìn)入蒸發(fā)器并吸收熱量。該蒸發(fā)器作為冷源，其下方放置均溫板與硅橡膠加熱片。均溫板與蒸發(fā)器表面均貼合有若干T型熱電偶，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，并在計(jì)算機(jī)上顯示、存儲(chǔ)，進(jìn)而獲得均溫板與蒸發(fā)器表面的溫度分布。均溫板與硅橡膠加熱板之間涂抹有型號(hào)為HT4000的導(dǎo)熱凝膠，使兩者之間傳熱充分。均溫板與蒸發(fā)器之間放置型號(hào)為TGP8000的導(dǎo)熱墊，使兩者之間的空氣排出，以接觸充分，增強(qiáng)換熱。
2)均溫板與蒸發(fā)器
實(shí)驗(yàn)用均溫板采用吹脹加工工藝，實(shí)物如圖10所示。
均溫板性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)中用到的蒸發(fā)器采用一進(jìn)一出結(jié)構(gòu)，內(nèi)部流道如圖11所示。
3)熱源與熱電偶分布
為簡(jiǎn)便起見，在實(shí)驗(yàn)中用硅橡膠加熱板代替動(dòng)力電池作為熱源。實(shí)驗(yàn)用硅橡膠加熱板尺寸為350mm×150mm，單片加熱板最大發(fā)熱功率為115W。為模擬真實(shí)動(dòng)力電池的生熱情況，將6片硅橡膠加熱板布置均勻地貼于均溫板平整的一側(cè)，如圖12所示。為獲得均溫板溫度分布情況，在均溫板與蒸發(fā)器表面布置若干精度為±0.2℃的T型熱電偶。熱電偶布置如圖13所示。
3.2 實(shí)驗(yàn)工況
均溫板性能實(shí)驗(yàn)的變工況參數(shù)為橡膠板加熱片發(fā)熱功率與蒸氣壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器入口溫度。實(shí)驗(yàn)的全過程在環(huán)境溫度可控的環(huán)境室中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)工況如表1所示。
對(duì)比工況A1和A2可得不同熱源功率對(duì)均溫板溫度特性的影響;對(duì)比工況A2和A3可得不同冷源溫度對(duì)均溫板溫度特性的影響。
3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1)熱源功率為345W，冷源溫度為0℃。
圖14所示為環(huán)境溫度為27℃，硅橡膠加熱板發(fā)熱功率為345W，調(diào)節(jié)電池冷卻器入口溫度為0℃時(shí)的溫度分布圖。由圖14(a)可知，在該工況下，以均溫板中心為中心，溫度呈環(huán)形分布，表面溫度在中心達(dá)到最低，為0.50℃，并沿徑向向外升高。均溫板溫度在下部?jī)山翘庍_(dá)到最高，為30.60℃。均溫板表面溫差達(dá)到30.10℃。
由圖14(b)可知，在該工況下，蒸發(fā)器表面溫度在中部偏左最低，為－0.30℃，并向下方兩對(duì)角方向升高，在右下對(duì)角處達(dá)到最高，為11.10℃。蒸發(fā)器表面溫差達(dá)到11.40℃。
2)熱源功率為690W，冷源溫度為0℃。
如圖15(a)所示，在該工況下，以均溫板中心為中心，溫度呈環(huán)形分布，均溫板表面溫度在中心達(dá)到最低，為1.80℃，并沿徑向向外升高。均溫板溫度在下部?jī)山翘庍_(dá)到最高，為45.00℃。均溫板表面溫差達(dá)到43.20℃。
由圖15(b)可知，在該工況下，蒸發(fā)器表面溫度在中部偏左最低，為1.00℃，并向下方兩對(duì)角方向升高，在右下對(duì)角處達(dá)到最高，為25.70℃。蒸發(fā)器表面溫差達(dá)到24.70℃。
3)熱源功率為690W，冷源溫度為－5℃。
如圖16(a)所示，在該工況下，以均溫板中心為中心，溫度呈環(huán)形分布，均溫板表面溫度在中心達(dá)到最低，為－4.60℃，并沿徑向向外升高。均溫板溫度在下部?jī)山翘庍_(dá)到最高，為39.60℃。均溫板表面溫差達(dá)到44.20℃。
由圖16(b)可知，在該工況下，蒸發(fā)器表面溫度在中部偏左最低，為－5.40℃，并向下方兩對(duì)角方向升高，在右下對(duì)角處達(dá)到最高，為16.60℃。蒸發(fā)器表面溫差達(dá)到22.0℃。
3.4 熱阻分析
均溫板熱阻:
式中:Ｒsp均溫板熱阻，K/W;Th為熱源側(cè)溫度，℃;Tc為冷源側(cè)溫度，℃;Q為換熱量，W。
熱源側(cè)溫度:
式中:Ti為熱源側(cè)熱電偶測(cè)得的溫度，℃。
冷源側(cè)溫度:
式中:Ti為冷源側(cè)熱電偶測(cè)得的溫度，℃。根據(jù)上式，可計(jì)算不同工況下的均溫板熱阻，計(jì)算結(jié)果如表2所示。
由表2可知，均溫板在不同加熱功率、不同冷源溫度下的熱阻較?。?0］，具有良好的導(dǎo)熱性能。
本文搭建了均溫板性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，研究了在不同熱源功率、不同冷源溫度下的均溫板表面溫度分布情況。其中，熱源功率有345W和690W兩個(gè)工況;蒸發(fā)器進(jìn)口溫度有0℃和－5℃兩個(gè)工況。通過觀察在不同工況下的均溫板溫度分布情況，得到如下結(jié)論:
1)均溫板表面溫度分布與蒸發(fā)器表面溫度分布具有一致性。均溫板表面溫度在與蒸發(fā)器貼合處最低，并向周圍逐漸升高。均溫板表面溫差是由蒸發(fā)器表面的溫差與均溫板內(nèi)部溫度梯度造成。
2)熱源功率越大，均溫板表面溫度越高，溫差越大。當(dāng)熱源功率由345W升至690W，而蒸發(fā)器入口溫度保持0℃不變時(shí)，均溫板表面平均溫度由13.20℃升至25.84℃，表面溫差由11.10℃升至25.70℃;冷源溫度越低，均溫板表面溫度越低，溫差越小。當(dāng)蒸發(fā)器入口溫度由0℃降為－5℃，而熱源功率保持690W不變時(shí)，均溫板表面平均溫度由25.84℃降至18.15℃，表面溫差由25.70℃降至16.60℃。
3)仿真模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果在溫度分布上具有良好的一致性，兩者之間的差異是由于在實(shí)驗(yàn)中蒸發(fā)器與均溫板之間存在接觸熱阻導(dǎo)致。由溫度分布云圖可知，在蒸發(fā)器溫度均勻布的區(qū)域，均溫板所對(duì)應(yīng)的區(qū)域均溫性良好，可認(rèn)為均溫板具有較好的均溫效果。在不同工況下，均溫板熱阻約為0.03K/W，具有良好的導(dǎo)熱性能，對(duì)提升熱管理領(lǐng)域中冷熱源之間的換熱效果具有積極意義。
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