锌氧化银电池注液激活系统仿真模拟.pdf

船电技木应用研究
Vol.37No.62017.6
锌氧化银电池注液激活系统仿真模拟
彭政,余江洪,赵书利和
(武汉船用电力推进装置研究所,武汉,430064)
摘要:利用 ANSYS Fluent软件对锌氧化银一次电池注液激活系统进行模拟分析,在三种不同特性的点火
器匹配注液激活系统条件下,模拟计算各个阀门能否正常开启、开启时间以及开启的顺序。分析计算得出
各个阀门开启的时间,能够很好的指导注液系统设计。
关键词:锌氧化银一次电池注液激活系统CFD模拟
中图分类号:TP391.42TM912.3文献标识码:A文章编号:1003-4862(2017)06-0056-03
Simulation of Zn-ago Battery Inject Activation System
Peng Zheng, Yu Jiang Hong, Zhao Shu Li
(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)
Abstract: By using the sofiware of ANSYS Fuent, the simulation is made for the Zn-ago battery inject
activation system. Under the condition of three kinds of gas generators, the electrolyte is injected into the
activation system to detect if each valve can be opened normally, the open time and open order The open
time of the valves is analyzed, which could be as theory basis for inject activation system design
Keywords: Zn-ago battery, inject system; CFD simulation
对锌银电池提出了更苛刻的要求,如更高的比能
量、比功率,更平稳的放电电压和更高的安全可
锌氧化银电池是20世纪40年代初发展起米的靠性等?。所以锌氧化银电池有着复杂的电解液
一种化学电源,与其他化学电源相比,具有比能注液系统,涉及到电解液均匀分配、流体阻力与
量高、比功率大、放电电压平稳、高倍率放电能管道通径、注液时间等。注液均匀性对电池性能
力强等优点川,广泛应用于体积和重量要求苛刻影响很大,局部性能稍有不均,影响较大,所以
的军事、国防及尖端科技领域,作通信、照明、锌氧化银电池须保证注液可靠性高、一致性好。
仪器仪表直流电源,以及特殊装备的动力电源。
采用CFD计算对锌银电池注液系统进行仿
锌氧化银一次电池,电解液贮存在储液罐中,真,模拟注液激活系统中各个阀门的开启情况,
配有注液激活系统,电极和电解液在储存期间不分析在一定压力条件下,阀门能否开启,开启时
直接接触,因而能较长时间保存而不失效,电池间以及开启的顺序,以此利用理论计算模拟来指
需要使用时,将电解液急速注入,使电池“激活
导注液系统的设计。
在极短时间内产生所需要的电能。
目前,飞行器上一次电源多采用自动激活1分析目的
银贮备电池。作为飞行器能量供给的重要设备,
利用 ANSYS Fluent软件对电池注液激活系
锌银电池的安全性能在很大程度上决定飞行器能统进行模拟分析,在三种不同特性的点火器匹配
否成功发射,因此必须充分考虑锌银电池使用过注液激活系统条件下,模拟计算出各个阀门能否
程中各种不安全因素的影响。技术的日益发展正常开启、开启时间以及开启的顺序。
1.1注液系统相关参数
收稿日期:2017-03-13
参考环境温度:15~45℃,参考压力:101325
作者简介:彭政(1983-),男,工程师。研究方向:化
学电源。E-mai:13628662272@139.com
Pa,电解液材料:30%的KOH溶液。
万方数据
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12注液激活系统几何模型
气体增多,进入激活系统的气体增多,激活系统
注液激活系统为上中下三套阀门结构,每套内的压力会逐渐升高。2)当阀门上作用的压力大
阀门内又具有一个气阀和两个液阀。注液时,点于0.35MPa时,阀门开始开启。3)阀门开启过
火器点火产生的气体充满管道,当压カ增大到一程中,虽然进入空间的气体量一直增加,但阀门
定程度时,推动阀门运动:当阀门运动到一定下开启的空间也在增加,因此作用在阀门上的压力
止阀时,阀门完全开启,并停止运动。阀门阀芯变化不会很大。4)阀门完全开启后,随着气体量
位移为12mm。
的增加,阀门上的压力明显增加。5)最上面一套
1.3注液系统点火器参数
阀门距离发生器最近,因此产生的气体最先进入
点火参数见表1。
这一套阀门;中间以及下面的两套阀门,距离发
表1点火器参数
生器较远,管道阻力会明显增加,以此开启时间
型号t峰值P峰值P50峰值P160峰值PlsP2s
会明显滞后。6)上部三个阀门的峰值压力可达
(ms)(Mpa)(Mpa) (Mpa)(Mpa)(Mpa)
1.45MPa,中部注液阀门峰值压力可达1.2MPa,
4.3
1.17
0.42
0.37
下部气阀峰值压力可达0.45MPa,都能够达到开
2.23
0.2
2.0
启压力。
2网格划分及边界条件设置
提取流体域,采用ICEM对模型进行网格划
分。由于需要考虑阀门开启过程,会涉及到动网
格,为了简化计算以及提高计算效率,对模型进
行六面体网格划分,后续采用层铺算法进行动网
格的更新。
图2阀门开启情况
图1注液激活系统网格
采用密度基求解器,材料空气选用 ideal-gas
模型来描述密度的变化;湍流模型选择 Standard
K-湍流模型,基本形式简单,通用性和精度均
较高,能够较好地适应工程中大部分复杂湍流流
动;动网格模型选择层铺算法;使用UDF建立进
口处气流的压力变化和温度变化函数以及各个阀
门阀芯在压力驱动下的运动情况。
注液激活系统模拟
WUO UDIT
3.1点火器1压力模拟
由图2阀门阀芯位移变化曲线可知,所有9
图3阅门压力变化过程
个阀门在11ms内均能全部开启。阀门开启的顺32点火器2工况模拟
序依次为:上部气阀-上部左侧液阀-上部右侧液
由图4阀门阀芯位移变化曲线可知,所有9
阀-中部右侧液阀-中部左側液阀-下部右侧液阀
个阀门在6.5ms内均能全部开启。阀门开启的顺
下部左侧液阀-中部气阀-下部气阀
序依次为:上部气阀-上部左侧液阀-上部右侧液
阀门压力变化情况:1)随着发生器内产生的-中部右侧液阀-中部左侧液阀-中部气阀-下部
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