锂电池悬浮烘箱数值模拟分析与结构优化

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锂电池节能高效,应用广泛,已成为21世纪理想的储能元件。极片是锂电池的重要组成部分,随着人们对锂电池研究的逐渐深入,如何减少极片干燥弊病、提高锂电池生产质量成为一个亟待解决的问题。悬浮烘箱是锂电池极片干燥的核心设备,极片在烘箱内干燥不均匀、表面不平整甚至极片撕裂等问题与烘箱的结构合理性密切相关。本文围绕锂电池悬浮烘箱的结构展开工作,旨在通过数值模拟的方法对现有烘箱的内部流场进行研究,针对流场分布不均及气流流动阻力较大的问题,对风刀及烘箱结构进行优化与改进,具体工作为:首先对锂电池悬浮烘箱的整体结构及极片的干燥原理进行分析,指出对烘箱进行数值模拟的必要性。建立烘箱的实体模型并进行计算求解,得到其内部风速场、温度场及压力场的分布特性。以不均匀系数作为量化指标,重点分析了极片表面沿其宽度方向和长度方向的风速分布均匀性,同时利用全压差参数对烘箱的阻力大小进行了评价。数值模拟的结果表明,烘箱在流场分布不均的同时伴随着较大的气流流动阻力。最后通过实验验证了模拟结果中风速、温度等参数分布的准确性。建立了风刀流场的数值模拟模型,分析了风刀的主要结构参数(均流筛板的开孔率、狭缝宽度及送风高度)对风刀内部流场均匀性及阻力特性的影响。针对数值模拟结果得出了各结构参数的合理选择范围,并提出风刀的结构设计准则。针对烘箱流场分布不均及阻力较大的问题,通过数值模拟的方法对烘箱结构进行了优化。结果表明,调整入风口位置至烘箱右侧,可有效提升极片表面的风速分布均匀性,同时减小气流在烘箱内的流动阻力;添加曲线型式的导流板,则可进一步降低阻力大小。相比于原烘箱结构,优化后的烘箱极片表面的整体风速分布均匀性提高了32%,气流在烘箱内的流动阻力减小了30%。研究结果可为风刀及烘箱设备的设计与生产提供理论依据,从而提升极片的干燥质量,降低烘箱运行能耗,为最终锂电池的高质量生产奠定基础。
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