Выбор оптимальных проектных параметров системы обеспечения теплового режима литий-ионной аккумуляторной батареи

Разработана тепловая физико-математическая модель системы обеспечения теплового режима тепловыделяющего литий-железо-фосфатного аккумулятора с аксиальными тепловыми трубами. Последние благодаря высокой теплопередающей способности отводят тепловые мощности от устройства на выносной радиатор — излучатель. Методом изотермических узлов (сосредоточенных параметров) построена тепловая физико-математическая модель, включающая в себя четыре обыкновенных дифференциальных уравнений теплового баланса, соответствующих четырем изотермическим узлам. В качестве этих узлов выбраны литий-ионный тепловыделяющий аккумулятор, излучатель, а также испарительный и конденсационный участки тепловых труб, которые циклически работают по принципу испарение — конденсация теплоносителя. Система уравнений теплового баланса решена методом Рунге — Кутта четвертого порядка точности при линеаризации лучисто-конвективного теплового потока относительно температуры, взятой с предыдущих временных слоев. На основе разработанной модели выполнена оптимизация проектных параметров системы обеспечения теплового режима — внешнего диаметра и числа аксиальных тепловых труб. Для их минимизации использован метод сопряженных направлений, как наиболее точный градиентный метод первого порядка оптимизации.
EDN: LKFSAQ, https://elibrary/lkfsaq

Литература

[1] Вершинин С.В., Майданик Ю.Ф. Гибкие миниатюрные контурные тепловые трубы. Тепловые процессы в технике, 2012, № 12, с. 559–565.

[2] Zalmanovich S., Goncharov K. Radiators with LHP. Int. Conf. Heat Pipes for Space Application. Moscow, 2009, pp. 17–21.

[3] Копяткевич Р.М., Гуля В.М., Тулин Д.В. и др. Тепловое проектирование и пофрагментная наземная отработка системы обеспечения теплового режима космического аппарата негерметичного исполнения на базе сотопанелей с тепловыми трубами. Космонавтика и ракетостроение, 2010, № 3, с. 33–41.

[4] Панин Ю.В., Антонов В.А., Балыкин М.А. К вопросу проектирования и эксплуатации ТТ в составе СТР посадочных модулей межпланетных станций для исследования тел солнечной системы. Вестник НПО им. С.А. Лавочкина, 2021, № 4, с. 31–38, doi: https://doi.org/10.26162/LS.2021.54.4.005

[5] Гакал П.Г., Рузайкин В.И., Турна Р.Ю. и др. Экспериментальный стенд для исследования теплогидравлических процессов в системе терморегулирования телекоммуникационного спутника. Авиационно-космическая техника и технология, 2011, № 5, с. 6–15.

[6] Володин Ю.Г., Федоров К.С., Яковлев М.В. Коэффициент теплоотдачи в пусковом режиме энергетической установки. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2007, № 1, с. 26–28.

[7] Зудин Ю.Б. Влияние теплофизических свойств стенки на коэффициент теплоотдачи. Теплоэнергетика, 1998, № 3, с. 31–33.

[8] Князев В.А., Никулин К.С. Эффективный коэффициент теплоотдачи в плоских щелях с неоднородным обогревом. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика ядерных реакторов, 2016, № 1, с. 56–64.

[9] Никонов А.А., Горбенко Г.А., Блинков В.Н. Теплообменные контуры с двухфазным теплоносителем для систем терморегулирования космических аппаратов. Москва, ЦНТИ Поиск, 1991. 302 с.

[10] Игнатьев С.А. Влияние параметров процессов охлаждения на коэффициент теплоотдачи при термопластичном упрочнении. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2009, № 2, с. 27–30.

[11] Минаков А.В., Гузей Д.В., Жигарев В.А. Турбулентная вынужденная конвекция наножидкостей в круглом канале. Ученые записки Казанского университета. Сер. Физико-математические науки, 2015, т. 157, № 3, с. 85–96.

[12] Аминов Д.М., Хафизов Ф.М. Экспериментальная оценка теплоотдачи инфракрасного нагревательного элемента. Инновационная наука, 2016, № 8–2, с. 16–18.

[13] Алифанов О.М., Иванов Н.А., Колесников В.А. Методика и алгоритм определения температурных зависимостей теплофизических характеристик анизотропных материалов из решения обратной задачи. Вестник МАИ, 2012, т. 19, № 5, с. 14–20.