儲(chǔ)備式鋰電池雙環(huán)境激活的流固耦合模擬方法

李夢(mèng)飛，黨會(huì)學(xué)，李向陽(yáng)，王海龍，王溢菲

(1.長(zhǎng)安大學(xué)建筑工程學(xué)院，陜西 西安 710061；2.西安機(jī)電信息技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

美國(guó)、以色列、意大利、德國(guó)、法國(guó)、韓國(guó)等國(guó)裝備的引信中大量使用了儲(chǔ)備式鋰電池[1-4]這種高能化學(xué)電源，特別是美國(guó)的儲(chǔ)備式鋰電池用量超過(guò)了已裝備引信化學(xué)電源總量的半數(shù)。隨著國(guó)內(nèi)儲(chǔ)備式鋰電池研制技術(shù)的進(jìn)步，儲(chǔ)備式鋰電池在引信中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大并已廣泛應(yīng)用于無(wú)線電引信、機(jī)電引信、電子時(shí)間引信和修正引信。

儲(chǔ)備式鋰電池需要依靠激活裝置來(lái)啟動(dòng)工作。儲(chǔ)備電池未激活時(shí)，電解液一般儲(chǔ)存在密閉的容器中，如玻璃儲(chǔ)液瓶、金屬儲(chǔ)液瓶及薄膜儲(chǔ)液瓶等。目前儲(chǔ)備式鋰電池的激活方式主要有火工品激活、雙環(huán)境激活、錘擊激活等方法[5-6]。其中，火工品激活是利用火帽、點(diǎn)火頭等火工品的爆轟力破瓶激活電池；雙環(huán)境激活多利用空氣炮的過(guò)載加旋轉(zhuǎn)激活電池；錘擊激活主要是利用馬歇特錘擊機(jī)的不同過(guò)載激活電池。在上述激活機(jī)構(gòu)的作用下，儲(chǔ)備電池儲(chǔ)液瓶被打碎。具體破瓶方式主要包括重塊破瓶、擊針破瓶、銅質(zhì)雙面三刃刀破瓶等[7]。

由于儲(chǔ)備式鋰電池是一次性使用產(chǎn)品，不管采用上述哪種方式激活，都會(huì)導(dǎo)致電池?zé)o法再恢復(fù)到原始狀態(tài)，尤其是隨著引信技術(shù)的發(fā)展，許多引信要求的激活過(guò)載越來(lái)越低。常規(guī)低過(guò)載一般要求3 000g可靠激活，特殊情況有的甚至要求激活過(guò)載值低于1 000g[8]，從而出現(xiàn)了液體儲(chǔ)備電池3 000g低過(guò)載、3 000 r/min轉(zhuǎn)速發(fā)射條件下可靠激活和1.5 m跌落(約4 000g)不激活之間的矛盾。因此，為保證儲(chǔ)備式鋰電池正常、可靠工作，在使用前對(duì)其進(jìn)行低過(guò)載、低轉(zhuǎn)速激活的可靠性仿真并研究其低過(guò)載激活特性，已成為當(dāng)下一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文針對(duì)儲(chǔ)備電池使用前不可檢測(cè)及雙環(huán)境激活模擬問(wèn)題，在前期研究工作的基礎(chǔ)上[9]，提出儲(chǔ)備電池低過(guò)載、低轉(zhuǎn)速下激活過(guò)程的數(shù)值模擬方法。

1 數(shù)值模擬理論

1.1 雙環(huán)境激活試驗(yàn)簡(jiǎn)述

雙環(huán)境激活試驗(yàn)主要用于模擬及校驗(yàn)產(chǎn)品在沖擊與離心載荷共同作用下的激活特性及供電性能。該試驗(yàn)可簡(jiǎn)述為，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)以一定速度沖擊到木塊上獲得沖擊載荷，沖擊過(guò)載通過(guò)支撐筒傳遞到玻璃儲(chǔ)液瓶并使得儲(chǔ)液瓶相對(duì)套筒和引導(dǎo)塊運(yùn)動(dòng)，從而套筒和引導(dǎo)塊在相對(duì)速度作用下撞擊玻璃瓶并使玻璃瓶破碎。在玻璃瓶破碎的同時(shí)及破碎后，瓶?jī)?nèi)的電解液在離心力作用下迅速進(jìn)入電極堆，從而實(shí)現(xiàn)電池的激活。

前些日子，老伴突然暈倒，住院不到一個(gè)月就去世了。聽(tīng)醫(yī)生說(shuō)，老伴早就有發(fā)病的征兆，只是誰(shuí)都沒(méi)在意，耽誤了治療。三個(gè)女兒為她們疏忽老爸的生活愧疚不已，也對(duì)我平時(shí)對(duì)老伴的不管不問(wèn)很是生氣。

1.2 電解液流動(dòng)模擬理論

1.4.1玻璃材料的JH-2模型

CEL算法的控制方程給出如下：

(1)

(2)

(3)

本文采用基于CEL算法的流固耦合模擬方法。根據(jù)同時(shí)模擬平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的需求，采用全模型開(kāi)展數(shù)值模擬工作。計(jì)算模型由6部分組成，分別為支撐筒、套筒、玻璃瓶、引導(dǎo)塊、電解液、歐拉域。其中，結(jié)構(gòu)模型包括了支撐筒、套筒、玻璃瓶和引導(dǎo)塊。玻璃瓶?jī)?nèi)的電解液在歐拉域中以流體方式運(yùn)動(dòng)，并受到結(jié)構(gòu)的限制作用。結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與液體流動(dòng)之間的耦合通過(guò)CEL方法在Abaqus軟件中實(shí)現(xiàn)。

此外，根據(jù)276條，構(gòu)成本罪還需要要求具有泄憤或者報(bào)或者其他個(gè)人目的，大面積上鎖的行為多發(fā)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)行為，通過(guò)鎖住其他公司的共享單車而導(dǎo)致用戶無(wú)法解鎖從而增大選擇自己公司單車的可能性。該動(dòng)機(jī)明顯屬于個(gè)人目的。

1.3 撞擊系統(tǒng)控制方程

根據(jù)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)原理，在撞擊過(guò)程中應(yīng)遵質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒規(guī)律，采用Lagrangian描述分別為：

(4)

ρV=ρ0

(5)

E=Vsijεij-(p+q)V

(6)

1.4 材料本構(gòu)模型和狀態(tài)方程

耦合歐拉-拉格朗日(coupled Euler Lagrange，CEL)算法最早出現(xiàn)于模擬流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的有限差分法中。該算法同時(shí)包含了Lagrange算法[10]和Euler算法[11]二者的優(yōu)點(diǎn)：首先在結(jié)構(gòu)邊界運(yùn)動(dòng)求解中采用Larange算法，使單元網(wǎng)格跟隨材料運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變形，能夠準(zhǔn)確地跟蹤物質(zhì)單元在邊界的運(yùn)動(dòng)；其次采用Euler算法對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部網(wǎng)格進(jìn)行重劃分，保持了變形后的物質(zhì)邊界條件和網(wǎng)格的拓?fù)潢P(guān)系不變，從而使得網(wǎng)格單元與物質(zhì)實(shí)體具有相互獨(dú)立性。同時(shí)，在CEL求解過(guò)程中可以適當(dāng)改變網(wǎng)格的形狀而不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的網(wǎng)格畸變現(xiàn)象，而且物質(zhì)材料在網(wǎng)格中可以流動(dòng)，因此利用CEL方法可以有效地研究大變形問(wèn)題、多相流問(wèn)題、固-流邊界或流-流邊界問(wèn)題、接觸界面的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題，等等。

針對(duì)玻璃這種脆性材料，Johnson和Holmquist于1992年提出了JH-1(Johnson-Holmquist-1)本構(gòu)模型[12]。該模型主要用來(lái)描述脆性材料在動(dòng)態(tài)加載條件下的力學(xué)性能。JH-2(Johnson-Holmquist-2)本構(gòu)模型是在JH-1模型的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，該模型主要根據(jù)材料的強(qiáng)度、壓力和損傷之間的關(guān)系來(lái)描述破碎材料和完整材料在載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)[13]。GG17玻璃的參數(shù)如表1所示。

表1 GG17玻璃材料模型參數(shù)Tab.1 Material parameters of GG17 glass

1.4.2電池其他材料模型和狀態(tài)方程

巴黎Daumesnil大道1號(hào)的GUILLET工藝坊和專門店，售賣現(xiàn)場(chǎng)制作的花卉和花束。在過(guò)去25年間，創(chuàng)辦人的孫女及Guillet行政總裁Marcelle Lubrano- Guillet把業(yè)務(wù)逐步擴(kuò)展至?xí)r裝界，為不少設(shè)計(jì)師制作花卉配飾，其中包括Yunko Ashida、Balenciaga、Chloé、Sonia Rykiel、Emanuel Ungaro及CHANEL等等，也不乏年青的設(shè)計(jì)師。

本研究發(fā)現(xiàn)，在重度眼瞼下垂和雙側(cè)眼瞼下垂的患者中，各類先天性心臟病的發(fā)生率明顯升高，尤其是復(fù)雜先天性心臟病。重度、雙側(cè)眼瞼下垂患者復(fù)雜先天性心臟病的發(fā)生率分別較輕中度、單側(cè)眼瞼下垂者顯著升高(P<0.05)。因此，臨床上應(yīng)對(duì)先天性上瞼下垂患者常規(guī)進(jìn)行先天性心臟病的篩查，尤其是雙側(cè)或重度眼瞼下垂的患者。

玻璃瓶在沖擊及旋轉(zhuǎn)載荷共同作用下的破瓶過(guò)程屬于沖擊破碎問(wèn)題，這類問(wèn)題具有瞬態(tài)、非線性、三維大位移的特點(diǎn)，且材料的強(qiáng)度與壓力、應(yīng)變率等直接相關(guān)[15-17]。圖3中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同沖擊加速度、不同轉(zhuǎn)速條件下的加速度時(shí)程曲線如圖4所示。從圖4(a)可觀察到，套筒底部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度峰值非常高，且套筒底部與頂部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度峰值曲線變化趨勢(shì)有明顯差異；從圖4(b)可以看到引導(dǎo)塊的加速度方向反復(fù)改變；從圖4(c)可以看到，2 000g和3 000g沖擊載荷條件下玻璃瓶肩部的加速度時(shí)程曲線在0.001 s前后有明顯的區(qū)別，1 000g沖擊載荷條件下玻璃瓶肩部的加速度時(shí)程曲線在0.001 5 s前后有明顯的區(qū)別。從上述時(shí)程曲線可以看出，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度峰值均集中在沖擊時(shí)間段內(nèi)，表明沖擊載荷對(duì)加速度時(shí)程特性的決定性作用。

2)電解液采用硫酰氯溶液，材料密度ρ=1 667 kg/m3，其材料模型與水介質(zhì)的材料模型一樣，采用該材料模型可以避免計(jì)算應(yīng)力和應(yīng)變。材料的壓力表達(dá)式為[14]：

(7)

式(7)中，ρ0是材料的初始密度，η=ρ/ρ0-1為名義壓縮率，s為極限體積壓縮率，Γ0為GRUNEISEN常數(shù)，Em是單位質(zhì)量的內(nèi)能，電解液模型參數(shù)如表2所示。

1)不銹鋼材料密度ρ=7 850 kg/m3，彈性模量E=206 GPa，泊松比ν=0.28。

表2 電解液材料模型參數(shù)Tab.2 Electrolyte material parameters

2 流固耦合模擬方法

電解液自由表面的精確構(gòu)建采用VOF (volume of fluid)法來(lái)實(shí)現(xiàn)，它對(duì)自由面的變化情況無(wú)任何限制條件，可處理自由面的旋轉(zhuǎn)、飛濺等現(xiàn)象，非常適用于捕捉儲(chǔ)液瓶電解液飛濺細(xì)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

相關(guān)幾何參數(shù)和材料參數(shù)分別為：玻璃瓶材料采用GG17玻璃，其外徑為24 mm，最大高度為12 mm，厚度為0.8 mm，玻璃瓶中電解液高度不超過(guò)玻璃瓶肩部；金屬部件材料均采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼；支撐筒外殼的外徑為37 mm，高度為25.5 mm，壁厚為0.8 mm。整個(gè)模型的網(wǎng)格圖和電解液深度如圖1所示。其中，電解液深度用流體體積(volume of fluid，VOF)描述。

圖1 網(wǎng)格模型和電解液深度Fig.1 Mesh and VOF of electrolyte

在雙環(huán)境激活問(wèn)題的加載設(shè)置中，本文給所有結(jié)構(gòu)施加一定的初始旋轉(zhuǎn)角速度，并以加速度載荷方式模擬木塊與彈丸結(jié)構(gòu)的碰撞過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)雙環(huán)境激活過(guò)程的模擬。模型整體沿Z軸負(fù)向運(yùn)動(dòng)，沖擊加速度沿Z軸正向作用于支撐筒。圖2給出了3 000g沖擊加速度時(shí)程。不同的沖擊加速度時(shí)程曲線，只修改沖擊加速度峰值，而不改變作用時(shí)間。不同旋轉(zhuǎn)角速度以預(yù)定義場(chǎng)方式直接施加。

為了實(shí)現(xiàn)提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)、降低投入成本、減少肥料造成的環(huán)境污染、維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，建立平衡科學(xué)施肥體系成為當(dāng)務(wù)之急。農(nóng)業(yè)主管部門應(yīng)該積極參與，協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)專家、企業(yè)、流通等各方面優(yōu)勢(shì)資源，并給予大力支持，建立起一套行之有效的科學(xué)施肥的推廣運(yùn)行體系。比如，撥給專家、農(nóng)業(yè)三站技術(shù)人員足夠的經(jīng)費(fèi)預(yù)算，大力支持他們的發(fā)展，提高生產(chǎn)企業(yè)的社會(huì)責(zé)任感，使推廣系統(tǒng)中納入他們長(zhǎng)期積累的平衡施肥經(jīng)驗(yàn)、取得的成果。確保實(shí)現(xiàn)科學(xué)施肥、平衡施肥、合理施肥。

為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，套筒、螺旋塊、支撐筒外殼的不銹鋼材料均采用線彈性材料模型，電解液采用EOS狀態(tài)方程來(lái)描述。相關(guān)材料的具體數(shù)據(jù)為：

圖2 支撐筒的3 000 g加速度時(shí)程曲線Fig.2 Time history of boot part with 3 000 g acceleration

流固耦合模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)輸出包括了監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度時(shí)程數(shù)據(jù)和典型時(shí)刻的加速度場(chǎng)、VOF場(chǎng)等，以觀察沖擊過(guò)程及玻璃瓶的破壞、電解液的飛濺。

典型雙環(huán)境條件下的激活過(guò)程研究首先需監(jiān)測(cè)各個(gè)部件典型位置處的加速度過(guò)程。參考試驗(yàn)觀察到的玻璃瓶破瓶情況，并考慮到破瓶沖擊過(guò)程中各個(gè)金屬構(gòu)件對(duì)玻璃瓶的作用以及金屬構(gòu)件之間的相互作用，將套筒的監(jiān)測(cè)點(diǎn)放置在底面外緣和頂面外緣，從而分別描述套筒與玻璃瓶、支撐筒內(nèi)壁底面及支撐筒內(nèi)壁頂面的碰撞情況；由于引導(dǎo)塊主要與套筒及支撐筒內(nèi)壁頂面發(fā)生碰撞，上述三個(gè)構(gòu)件材料均為金屬且并非重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，所以將監(jiān)測(cè)點(diǎn)放置在引導(dǎo)塊臺(tái)階內(nèi)壁頂點(diǎn)處來(lái)描述其運(yùn)動(dòng)特性；考慮到套筒對(duì)玻璃瓶的沖擊作用，將玻璃瓶的監(jiān)測(cè)點(diǎn)放置在靠近套筒與玻璃瓶肩部接觸位置的外緣，一方面它能較準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到套筒沖擊瓶肩過(guò)程中的加速度及應(yīng)力等的變化過(guò)程，另一方面，在碰撞發(fā)生、該接觸位置附近的玻璃在沖擊破碎后不能再提供應(yīng)力等數(shù)據(jù)時(shí)，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)還能繼續(xù)捕獲加速度及應(yīng)力等的變化情況。給出各個(gè)部件的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置如圖3所示。

圖3 各個(gè)部件的監(jiān)測(cè)點(diǎn)Fig.3 Monitor points at different parts

3 仿真分析

她是一位30出頭的女性患者，是我們北大的學(xué)生，研究生在讀。她的孩子很小，老公對(duì)她也很好，這位患者，為人通情達(dá)理，在圖書讀書期間和老師、同學(xué)的關(guān)系都相處得非常好。她患的是晚期胰腺癌。

高校的學(xué)生在選擇英語(yǔ)學(xué)習(xí)的時(shí)候，大多數(shù)都是抱著完成任務(wù)的心態(tài)，而不會(huì)將其看作是一個(gè)和自己今后工作息息相關(guān)的技能。為了讓學(xué)生積極了解到翻譯在旅游中的重要性，作為老師要積極向?qū)W生介紹相關(guān)的學(xué)習(xí)方法，鍛煉學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的中英文表達(dá)能力[4]。而且就其未來(lái)的職業(yè)規(guī)劃角度來(lái)說(shuō)，有學(xué)生會(huì)從事國(guó)際旅游的行業(yè)，學(xué)好旅游翻譯將會(huì)成為其走向社會(huì)的一種競(jìng)爭(zhēng)力。

接下來(lái)在圖5中給出各部件在不同時(shí)刻的加速度分布云圖，從而分析圖4中各部件監(jiān)測(cè)點(diǎn)加速度特點(diǎn)的成因。由于三個(gè)工況的破瓶和進(jìn)液過(guò)程比較相似，為此圖5中只給出3 000g、3 000 r/min工況的結(jié)果。從圖5中可以看出完整的破瓶過(guò)程如下：一開(kāi)始(t=0.0 ms)各部件處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，然后(t=0.2 ms)在相對(duì)加速度作用下，支撐筒底部?jī)?nèi)表面與玻璃瓶底部外表面接觸并發(fā)生沖擊。參考文獻(xiàn)[18]中對(duì)沖擊破壞的機(jī)理分析后認(rèn)為，沖擊載荷瞬間對(duì)被沖擊的玻璃瓶形成了表面波與壓縮彈性波(compression elastic wave)，其中表面波沿著接觸面表面切向方向在物體表面?zhèn)鞑ゲ⑿纬深愃茝澢淖冃危鴫嚎s彈性波沿著相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向向玻璃瓶?jī)?nèi)部傳播并產(chǎn)生類似于壓縮的效果。表面波沿著玻璃瓶結(jié)構(gòu)傳播過(guò)程中，形成了側(cè)壁的波浪形變形，且由于沖擊載荷從瓶底向上傳播，使得玻璃瓶側(cè)壁面的加速度明顯增大。由于瓶頂自身慣性及玻璃瓶壁表面波的傳播，在玻璃瓶頂部產(chǎn)生了明顯的變形(從t=0.2 ms到t=0.4 ms)。結(jié)合文獻(xiàn)[15-17]中的試驗(yàn)與數(shù)值仿真結(jié)果來(lái)分析，玻璃瓶頂部的大位移包括了彈性變形、裂縫間隙的無(wú)約束位移甚至局部失效部分的剛體位移。雖然結(jié)構(gòu)縫隙等并不明顯，但是從后續(xù)的圖6中依然可以看到電解液從縫隙中飛濺。

圖4 各個(gè)部件監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度時(shí)程曲線Fig.4 Time history of different monitor points under different acceleration conditions

圖5 破瓶過(guò)程的加速度云圖Fig.5 Acceleration contours at different time

接下來(lái)，套筒撞擊在玻璃瓶肩部，靠近瓶嘴的頂部玻璃結(jié)構(gòu)繼續(xù)以表面波傳播的方式運(yùn)動(dòng)。隨著玻璃瓶進(jìn)一步向上運(yùn)動(dòng)，套筒底部結(jié)構(gòu)逐步撞擊在瓶肩；瓶嘴根部的玻璃結(jié)構(gòu)在表面波壓縮作用下破碎；進(jìn)而(t=0.8 ms)，玻璃瓶繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，使得瓶頂被套筒底部結(jié)構(gòu)壓向瓶底，同時(shí)套筒底部結(jié)構(gòu)在自身慣性與沖擊的共同作用下產(chǎn)生了波動(dòng)運(yùn)動(dòng)；在t=0.9 ms，玻璃瓶底已經(jīng)破碎，套筒內(nèi)壁將玻璃瓶上部和側(cè)壁下壓、裂開(kāi)，產(chǎn)生了明顯的位移。套筒底部結(jié)構(gòu)在作波動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)撞擊了支撐筒內(nèi)壁然后迅速?gòu)椘穑沟锰淄驳撞客饩壉O(jiān)測(cè)點(diǎn)在被擠壓后又迅速?gòu)堥_(kāi)，產(chǎn)生了沿Z軸反向的峰值加速度；同時(shí)，由于玻璃瓶側(cè)壁結(jié)構(gòu)未完全斷裂，其側(cè)壁剩余的彈性力拉動(dòng)瓶肩部位回彈，產(chǎn)生了向上的加速度。

隨后，引導(dǎo)塊下部撞擊在套筒底部，使得引導(dǎo)塊監(jiān)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生向上的加速度，但是引導(dǎo)塊頂部在慣性和表面波作用下產(chǎn)生了下彎和振蕩。隨著瓶肩部位結(jié)構(gòu)完全斷裂，瓶頂部位表面波振蕩引起的拉力拉著瓶肩產(chǎn)生了向下的加速度，即產(chǎn)生了玻璃瓶監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度峰值。同時(shí)，引導(dǎo)塊脫離套筒，在其自身頂部波動(dòng)產(chǎn)生的拉力作用下產(chǎn)生向下的峰值加速度。接下來(lái)，引導(dǎo)塊底部繼續(xù)與套筒底部碰撞，引導(dǎo)塊頂部中心繼續(xù)向下振蕩，使得引導(dǎo)塊監(jiān)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生了向上的加速度。然后在t=1.2 ms，瓶頂破碎后脫離套筒的作用范圍，玻璃瓶已經(jīng)完全破碎。

破瓶過(guò)程中及玻璃瓶破碎后，電解液隨之同時(shí)流出。參考圖5的時(shí)刻，給出不同時(shí)刻的電解液位置如圖6所示。為方便觀察，只給出歐拉區(qū)域的液體位置以及由支撐筒結(jié)構(gòu)限定的液體運(yùn)動(dòng)范圍。從圖中可以看出：0.2 ms時(shí)刻，瓶底已經(jīng)開(kāi)始斷裂，電解液從斷裂位置滲出；在0.4 ms時(shí)刻，側(cè)壁也逐步斷裂，液體在旋轉(zhuǎn)速度作用下迅速被甩向支撐筒內(nèi)壁；同時(shí)，瓶頂和瓶嘴下壓，使得瓶肩處電解液向外飛濺；在0.6 ms時(shí)刻，液體已經(jīng)初步到達(dá)支撐筒內(nèi)壁，并且瓶?jī)?nèi)液體的高度被擠壓、下降；瓶嘴與瓶頂結(jié)合部破裂，電解液被擠壓向上飛濺；在0.7 ms時(shí)刻，電解液被持續(xù)擠壓、飛濺，并在0.8 ms時(shí)刻基本被擠到中間位置和套筒外壁之外的空間，但由于瓶肩和瓶側(cè)壁的限制，液體依舊聚集成堆；然后，隨著引導(dǎo)塊和套筒底部結(jié)構(gòu)的擠壓，中間部分的電解液進(jìn)一步被擠向支撐筒底部(0.9 ms、1.0 ms和1.1 ms)，引導(dǎo)塊和套筒從支撐筒底部反彈，一部分電解液被套筒帶著向上運(yùn)動(dòng)，一部分被旋轉(zhuǎn)作用甩向支撐筒側(cè)壁(1.2 ms)；而在1.2 ms到1.6 ms的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，引導(dǎo)塊上壁的振蕩和套筒下壁的振蕩，使得中間的電解液不斷被拍落，并被離心力甩到支撐筒側(cè)壁面附近；支撐筒、套筒和引導(dǎo)塊整體基本保持勻速運(yùn)動(dòng)，但是引導(dǎo)塊上壁和套筒下壁依然持續(xù)振蕩，將中間的電解液不斷輸運(yùn)到下部分并甩向支撐筒側(cè)壁；在10 ms時(shí)刻，基本上中間的電解液已經(jīng)完全被排出，進(jìn)液過(guò)程結(jié)束。

通過(guò)訪談和實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為語(yǔ)速緩慢，語(yǔ)音較高適合老年人的學(xué)習(xí)。但是這部分的課程只能是針對(duì)老年人開(kāi)設(shè)的。如同上文所說(shuō)，不能讓受眾面擴(kuò)大。

圖6 進(jìn)液過(guò)程的電解液運(yùn)動(dòng)性態(tài) Fig.6 VOF of electrolyte at different time

該進(jìn)液時(shí)間與試驗(yàn)測(cè)得的達(dá)到初始工作電壓的時(shí)間一致，表明本文所用方法對(duì)進(jìn)液時(shí)間預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

本文提出儲(chǔ)備電池雙環(huán)境激活的流固耦合模擬方法，通過(guò)建立結(jié)構(gòu)模型、歐拉域及設(shè)置液體區(qū)域，并將結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)行為與液體流動(dòng)行為通過(guò)CEL方法耦合，從而同時(shí)模擬了儲(chǔ)備式鋰電池雙環(huán)境激活的儲(chǔ)液瓶破碎及進(jìn)液過(guò)程。仿真結(jié)果表明，該方法能很好地模擬雙環(huán)境激活過(guò)程中的破瓶、進(jìn)液現(xiàn)象，且數(shù)值模擬得到的進(jìn)液完成時(shí)間與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合；沖擊載荷對(duì)破瓶過(guò)程具有決定性作用；轉(zhuǎn)速對(duì)進(jìn)液過(guò)程的影響不大。該方法很好地解決了儲(chǔ)備電池使用前不可檢測(cè)及雙環(huán)境激活模擬的問(wèn)題，可用于后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的進(jìn)液時(shí)間預(yù)測(cè)工作與進(jìn)液流道布置優(yōu)化工作，從而降低試驗(yàn)時(shí)間、提高研發(fā)效率。