电池膜用干燥房风场循环系统特性研究

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隔膜是锂电池生产线中的一个关键部件,其表面质量与生产中干燥过程息息相关,用于隔膜干燥的萃取干燥房结构类型及结构参数对薄膜的干燥效果有着非常重要的影响。现阶段对锂电池隔膜萃取干燥房的设计完全依赖设计经验,不同工况下的结构参数确定缺少理论支撑。本研究针对上述问题,提出影响膜片干燥效果的评价指标,基于模型仿真、优化设计及相关试验论证方法,对干燥房结构参数以及其内部静压箱排布方式进行数值模拟研究并进行结构优化。本文完成的工作包括:(1)建立锂电池干燥房计算仿真模型。根据干燥房在实际工作中内部补排风工况,建立包括干燥房流场、静压箱流场(干燥房房内)、薄膜在内的数值计算模型。通过仿真可得到干燥房内流场及膜片表面滞止区域的流场,对模型的速度场进行可视化定性分析。(2)通过1:1中试实验平台对仿真结果进行验证。测量膜片干燥后的风压风速值,与湍流模型(k-ε)的仿真结果进行对比,膜片干燥的风速模拟数据与试验所得数据的变化趋势相同,仿真值与试验数据吻合性较好,验证了仿真模型的正确性,证明了后续采用仿真代替试验进行仿真优化设计的可行性。(3)确定干燥房风场评价指标,并应用仿真平台对三种不同工况干燥房仿真结构进行判优。通过模拟仿真结果确定膜片表面平均流速、平均风速不稳定度、膜片表面平均温度、平均温度不稳定度四个评价指标,从而得到干燥房内部静压箱排布方式的最优解,同时为后续对干燥房的结构优化提供模型基础。(4)构建干燥房的参数化模型对内部结构参数进行优化。以流体域中膜片表面的平均风速波动值为优化目标,通过进行干燥房的结构参数优化,得到膜片表面流动速度波动值最小收敛到0.021,相较于初始值减少了40.16%,对照评价指标,优化后结构相比初始结构指标系数提高了0.006,对膜片的干燥效果和质量有了显著改善。本文所提出的研究方法及所得的相关研究成果为干燥房结构参数优化设计提供参考,进而对电池膜生产厂家的产品质量提升发挥积极的借鉴作用。
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