عنوان پایان‌نامه
شبیه‌سازی یک بعدی باتری سرب- اسید به روش طیفی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3470;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78491;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3470;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78491
- تاریخ دفاع
- ۱۴ دی ۱۳۹۵
- دانشجو
- محمدجواد واشهری قمصری
- استاد راهنما
- وحید اصفهانیان
- چکیده
- از بین منابع مختلف انرژی، باتری‌ها همواره به‌عنوان یکی از مهمترین منابع ذخیره‌سازی و تأمین انرژی مخصوصاً در صنعت خودروهای الکتریکی و هیبریدی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. از بین انواع مختلف باتری، باتری‌های سرب-اسید به‌دلیل هزینه بسیار کم، نرخ تخلیه بالا و بازیافت مناسب، به‌طور گسترده در زمینه‌های مختلف و کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‌دلیل پیچیدگی‌های موجود در باتری‌های سرب-اسید، مدل‌سازی و شبیه‌سازی همواره به‌عنوان یک ابزار مناسب جهت بهینه‌سازی و آنالیز رفتار آن و همچنین شناخت هرچه بهتر از پدیده‌های فیزیکی رخ داده در آن مورد استفاده قرار گرفته‌است. یکی از انواع تخریب باتری‌های سرب اسیدی پدیده گریز حرارتی است. وقوع ناپایداری حرارتی در باتری به سبب گرمایش ژول در باتری باعث به جوش آمدن و در نتیجه تخریب باتری می‌گردد. شبیه‌سازی و تشخیص درست این پدیده مستلزم استفاده از روش‌های دقیق در دینامیک سیالات محسباتی همانند روش‌های طیفی است. در این پایان نامه دستگاه معادلات حاکم بر رفتار باتری سرب اسیدی به روش هم مکانی چبیشف در تلفیق با انتگرال گیری زمانی رانگا-کوتا حل شده است. نتایج بدست آمده برای سل محک تطابق بسیار خوبی را با نتایج آزمایشگاهی و عددی در این زمینه را نشان می‌دهد. یک چرخه کامل از تخلیه، استراحت و تخلیه باتری در نرخ‌های متفاوت جریان و با شبکه‌های ریز و درشت مورد شبیه‌سازی قرار گرفته‌اند. نتایج بدست آمده کاهش زمان محاسباتی را به نصف برای شبیه‌سازی باتری در مقایسه با روش حجم محدود با دقت مشابه را نشان می‌دهد. کلمات کلیدی: باتری سرب-اسید، شبیه‌سازی عددی، روش طیفی، هم‌مکانی چبیشف
- Abstract
- Among different energy resources, batteries are considered as the main sources of energy especially in hybrid and electric vehicle industries. Lead-acid batteries involve multi-disciplines engineering field and are used for a vast number of purposes due to their lower price, deep cycling, high rate discharge, and recycling. Due to the complexity of batteries, modeling and simulation are useful tools to optimize and analyze the dynamic behavior of lead-acid batteries and better understanding of physical phenomena. One of the most important modes of battery destruction is thermal run-away phenomena. Due to thermal instability because of Joule heating in charge process, temperature rises up and finally electrolyte start to boil. Simulation and capturing these phenomena requires very accurate methods in Computational Fluid dynamic like Spectral methods. In this thesis system of equations governing the lead-acid cell is solved using Chebyshev spectral collocation combined with 4th order ungeKutta time integration. Results show a good concordance with the previous numerical and also experimental tests on the benchmark cell. Also a full cycle of discharge, rest and recharge of cell in the different current density rates in two fine and coarse spatial grid. CPU time calculation shows that simulation can be performed in the half of the required time for the same accuracy FVM code. Keywords: Lead-acid battery, Numerical simulation, Spectral method, Chebyshev collocation
