先进相变材料与液体的集成技术，用于提升热管理性能和实现快速散热

《Heat Transfer》：Advanced Phase Change Material-Liquid Integration for Enhanced Thermal Management and Rapid Heat Dissipation

相变材料与液体冷却系统集成优化，通过数值模拟对比垂直与蛇形微通道结构在电池模块热管理中的性能，发现蛇形设计可降低峰值温度2.5%（较验证模型）和45.5%（较垂直模型），提升热均匀性，为高能应用提供优化方案。

　　

摘要

本研究探讨了用于相变材料（PCM）和液冷系统的先进集成策略，以增强电池模块的热管理性能并实现快速散热。研究分析了一个包含20个电池单元的电池模块，在1 C、2 C和3 C的放电速率下进行实验，其中使用石蜡作为PCM，水作为冷却剂并通过铜制通道管道流动。本研究的主要目的是评估微通道几何形状对混合PCM-液冷电池热管理系统（BTMS）散热性能的影响。该系统的设计旨在实现均匀的温度分布、从系统中提取更多的热量、防止PCM达到其饱和温度321 K，从而避免延长固化时间（这会限制循环过程中的热量吸收）。冷却剂的入口温度保持在300 K，以确保有效的热量移除。数值模拟使用ANSYS Fluent在瞬态条件下进行，假设流动为层流且不可压缩，并选择了导热性高的铜材料。为了提高热性能，通过改变PCM内嵌入式微通道液冷管道的方向，探索了两种不同的配置。在第一种情况下，引入了垂直方向的微通道，但未能比实验模型提取更多的热量。在第二种情况下，采用了蛇形（水平弯曲）微通道配置，结果显示这种配置具有最高的散热效率。在1 C、2 C和3 C的放电速率下，蛇形微通道配置下的最高温度分别接近302 K、303 K和307 K。蛇形（弯曲）管道配置表现出更优的热量提取能力，其峰值温度比验证模型低2.5%，比垂直管道模型低45.5%。这种配置展示了更好的热均匀性和热量移除能力，证实了管道方向在PCM-液冷混合冷却效果中的关键作用。研究结果表明，冷却剂路径的几何优化可以显著降低峰值温度并改善热量分布，这对于延长电池寿命和确保高倍率安全运行至关重要。这些结果为改进电动汽车和其他高能耗应用中的BTMS提供了实用框架，并表明蛇形设计提供了最热稳定和高效的解决方案，支持其在高性能电池系统中的应用。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。