锂离子电池电极涂层中混合纳米流体能量传递的绝对敏感性研究：Fe3O4/Ni-水基体系的磁流体动力学优化

本文聚焦锂离子电池（LIB）电极涂层的热管理难题，创新性地采用Fe3O4/Ni-水基混合纳米流体（HNF），通过磁流体动力学（MHD）效应和敏感性分析揭示了磁场强度（M）、纳米颗粒体积分数（?）与热源（Q）对努塞尔数（Nu）的调控机制。研究通过响应面法（RSM）建立数学模型（R2=93.61%），证实磁场主导能量传递效率，为LIB热管理系统的精准设计提供理论依据。

　　

Highlight

本研究通过数值模拟揭示了Fe₃O₄/Ni-水基混合纳米流体（HNF）在锂离子电池（LIB）电极涂层中的能量传递机制。磁流体动力学（MHD）效应与纳米颗粒协同作用显著提升热管理效率，敏感性分析指出磁场强度（M）是调控努塞尔数（Nu）的核心参数。

Solution Methodology

采用MATLAB的BVP4C求解器处理非线性常微分方程组，通过相似性变换将控制方程转化为无量纲形式，结合中心复合设计（CCD）完成20组实验，确保模型可靠性。

Engineering Quantities

皮肤摩擦系数（C_f）和努塞尔数（Nu）被定义为关键工程指标。Nu的敏感性函数显示：?Nu/?A=-0.52305+2.74136B+8.898929C-15.86698A，证实磁场对热传递的显著抑制效应。

Results and Discussion

流速随M和?增加而降低，温度分布则因Brinkman数（Br）上升而升高。HNF中Fe₃O₄强化导热、Ni提升电导率，但需平衡MHD引起的焦耳热效应。

Response Surface Methodology (RSM)

二次模型Nu=β₀+β₁A+β₂B+β₃C+β₁₂AB+β₁₃AC+β₂₃BC+β₁₁A²+β₂₂B²+β₃₃C²，通过方差分析（ANOVA）验证模型显著性（p<0.05）。

Absolute Sensitivity Analysis

?Nu/?B=9.360828+2.74136A-7.64628C-12.94146B，表明?在零磁场条件（A=0）下对Nu影响最大，为涂层工艺优化提供量化依据。

Conclusion

Fe₃O₄/Ni-HNF体系通过MHD效应实现LIB电极涂层的精准温控，敏感性分析为BTMS（电池热管理系统）参数优化提供新范式。