一項發(fā)表于《Discover Mechanical Engineering》的Zui新開放獲取研究指出，通過合理設計鰭片與擾流器組合，可有效提升風冷電池包的散熱性能。該研究由Ramesh K. Donga等人主導，采用三維數(shù)值模擬方法，系統(tǒng)評估了不同進氣風速、鰭片數(shù)量及擾流器配置對18650鋰離子電池組熱管理的影響。結(jié)果表明，三鰭片配合擾流器的構(gòu)型能在維持較低泵送功耗的前提下，顯著降低電芯峰值溫度并改善溫度分布均勻性。研究團隊建議在實際應用中采用該構(gòu)型，并將進氣風速控制在4至5米/秒，以實現(xiàn)散熱性能與能耗的平衡。

研究模型包含15節(jié)呈T型流道排列的圓柱形18650鋰電電芯，電芯間距僅1毫米以壓縮體積，強制對流帶走熱量。仿真在穩(wěn)態(tài)條件下進行，放電倍率固定為2C，采用Fluent軟件基于有限體積法求解，并結(jié)合Realizable k-epsilon湍流模型。熱源計算涵蓋內(nèi)阻焦耳熱、電化學反應熱及極化損耗。網(wǎng)格獨立性驗證顯示，當單元數(shù)達到250萬后溫壓差變化可忽略，局部加密區(qū)域用于捕捉電芯表面、鰭片及擾流器附近的陡峭梯度。模型經(jīng)Sutheesh等實驗數(shù)據(jù)校驗，預測溫度誤差低于1%，具備較高可信度。

參數(shù)掃描結(jié)果顯示，氣流在電芯陣列中心流速較低，導致中間列電芯溫度明顯高于兩側(cè)。未加擾流器的雙鰭片構(gòu)型在2米/秒風速下峰值溫度Zui高且溫差較大；引入擾流器可增強流體混合，有效抑制局部熱點。增加至三鰭片進一步提升了換熱面積，使三鰭片加擾流器構(gòu)型在所有測試中表現(xiàn)出Zui小的熱點區(qū)域和Zui低的Zui高溫度。在2米/秒時，該構(gòu)型較無擾流器雙鰭片基線降溫達5.2開爾文。當風速提升至6米/秒時，整體熱場進入良好控制區(qū)間，峰值溫度降至約316.9開爾文，但幾何結(jié)構(gòu)帶來的相對增益顯著縮?。╖ui大降幅僅0.64開爾文）。壓降方面，隨風速增加及鰭片增多，流動阻力單調(diào)上升，但擾流器僅造成極微小的額外壓降損失，表明其在不顯著增加液壓代價的情況下實現(xiàn)了熱交換強化。

綜合權(quán)衡散熱效益與風機功耗，研究明確推薦三鰭片加擾流器構(gòu)型配合4至5米/秒的中低速進氣作為Zui優(yōu)方案。作者指出，當前電池冷卻技術(shù)多聚焦于流道設計或單純擴大換熱面積，將表面強化與內(nèi)部擾動技術(shù)整合于緊湊風冷模塊的研究仍較有限。本研究通過計算流體力學提供了系統(tǒng)的交互作用圖譜，但受限于穩(wěn)態(tài)假設與單一放電倍率，結(jié)論仍需后續(xù)實驗驗證。對于追求輕量化與低成本的熱管理系統(tǒng)設計者而言，該方案證實了在中低風速下輔以適度幾何增強，即可為鋰離子電池提供可觀的安全運行余量。

資料來源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-30。本文為資料編譯。