شبیه‌سازی عددی سیستم مدیریت حرارتی باتری لیتیوم-یون با استفاده از کامپوزیت پارافین واکس/گرافیت انبساط‌یافته

---

شرح پروژه

مقدمه و ضرورت پروژه

باتری‌های لیتیوم-یون به‌دلیل تولید حرارت بالا در حین شارژ/دشارژ، مستعد افت عملکرد، کاهش عمر مفید و خطر گرمایش گذرا (thermal runaway) هستند. استفاده از مواد تغییر فاز (PCM) مبتنی بر پارافین واکس به‌همراه افزودنی‌های هدایت‌کننده حرارتی مانند گرافیت انبساط‌یافته (EG)، راهکاری مؤثر برای جذب حرارت تولیدشده و یکنواخت‌سازی دمای سلول باتری محسوب می‌شود. این پروژه به شبیه‌سازی دقیق رفتار حرارتی چنین سیستمی می‌پردازد.

اهداف پروژه

1. مدل‌سازی سه‌بعدی سلول استوانه‌ای یا پاکتی باتری لیتیوم-یون همراه با لایه کامپوزیت PCM (پارافین واکس + گرافیت انبساط‌یافته)

2. شبیه‌سازی تولید حرارت در سلول باتری با استفاده از منبع حرارتی معادل (المنت الکتریکی یا شرط مرزی گرمایی متناسب با نرخ C)

3. بررسی تأثیر درصدهای مختلف گرافیت انبساط‌یافته (مثلاً 5%، 10%، 15% وزنی) بر هدایت حرارتی مؤثر کامپوزیت

4. تحلیل توزیع دما در سلول باتری در شرایط مختلف شارژ/دشارژ (مثلاً  1C، 2C، 3C)

5. ارزیابی کاهش دمای ماکزیمم و یکنواختی دمایی در مقایسه با سیستم بدون PCM

·         مشخصات فنی مورد نیاز:

1.       نرم‌افزار پیشنهادی: ANSYS Fluent (با ماژول VOF برای مدل‌سازی تغییر فاز) 

2.       مدل تغییر فاز: استفاده از مدل انجماد/ذوب (Solidification/Melting) با تعریف منحنی                      انحلال (liquid fraction vs. temperature)

·         پارامترهای مواد:

1.       پارافین واکس: نقطه ذوب °C 65-45 ، گرمای نهان kJ/kg 150-200  ، هدایت حرارتی  W/m·K 0.2 

2.       گرافیت انبساط‌یافته: هدایت حرارتی  W/m·K 100-150 (وابسته به جهت‌گیری)

3.       کامپوزیت: محاسبه هدایت حرارتی مؤثر با روابط مخلوط (مثلاً Maxwell-Eucken)

4.       شرایط مرزی: جابجایی طبیعی/اجباری با هوا یا مایع خنک‌کننده در سطح خارجی محفظه

5.       اعتبارسنجی: مقایسه نتایج با داده‌های تجربی موجود در مقالات معتبر

خروجی‌های مورد انتظار:

1. فایل مدل نهایی شبیه‌سازی (قابل ویرایش)

2. نمودارهای توزیع دما در مقاطع مختلف زمانی

3. منحنی تغییر دمای ماکزیمم سلول در طول زمان شارژ/دشارژ

4. تحلیل حساسیت نسبت به درصد گرافیت و ضخامت لایه PCM

5. گزارش فنی کامل (به زبان فارسی یا انگلیسی) شامل روش‌شناسی، نتایج و توصیه‌های بهینه‌سازی

6. در صورت امکان، مدل‌سازی تأثیر چرخه‌های متوالی شارژ/دشارژ بر عملکرد PCM

7. امکان توسعه مدل به آرایش بسته‌های چندسلولی در آینده

8. ویدئو/انیمیشن از توزیع دما و جبهه ذوب در طول زمان (اختیاری)

این پروژه شامل 1 فایل مهم است، لطفا قبل از ارسال پیشنهاد حتما نسبت به بررسی این فایل اقدام فرمایید.

مهارت ها و تخصص های مورد نیاز

---

---