论文分享丨英国学者进行飞轮储能系统风损抑制及增强换热研究
技术领域：飞轮储能优化
开发单位：赫特福德大学物理、工程和计算机科学学院，英国，M.R. Herfatmanesh.
文章名称：Mahmoud Eltaweel, Mohammad Reza Herfatmanesh, et al. Optimising flywheel energy storage systems for enhanced windage loss reduction and heat transfer: A computational fluid dynamics and ANOVA-based approach. Energy Reports, 2025.
技术突破：开发了两个模型来评估所研究的参数对风阻的重要性和影响损失和努塞尔数，以确定最佳的条件。结果表明，优化径向和轴向气隙尺寸导致风阻损失显着减少19%，而增加径向气隙显着提高努塞尔数33%。
应用价值：径向半径比和轴向半径比的优化配置，结合目标表面粗糙度，可以降低转子表面温度，减少摩擦热的能量损失，提高系统的能量效率。
对全球变暖的担忧和减少碳排放的需求促使人们创造了新颖的能量回收系统。在城市驾驶过程中，连续制动会导致显著的能量损失。飞轮储能系统（FESS）可以在减速过程中回收和存储车辆动能。在这项工作中，计算流体动力学（CFD）模拟已经使用方差分析技术（ANOVA）来确定设计参数对飞轮风阻损失和传热特性的影响。
本文研究了五个参数的影响：飞轮运行速度，径向气隙尺寸，轴向气隙尺寸，转子表面粗糙度和外壳表面粗糙度。开发了两个模型来评估所研究的参数对风阻的重要性和影响损失和努塞尔数，以确定最佳的条件，使用方差分析技术对这些参数的意义和依赖性进行了研究。方差分析（ANOVA）交互分析表明，各研究参数交互作用显著。结果表明，优化径向和轴向气隙尺寸可使风损显著降低19%，而增大径向气隙可使努塞尔数显著提高33%，从而改善对流换热。研究还发现，增加转子和外壳表面粗糙度改善了散热，正如观察到的那样，努塞尔数增加了2.7%。本研究结果可用于开发FESS优化设计的指导方针。（编译： 徐帆，胡东旭 INESA）
图1 所研究的五个因素的平均风阻损失的主效应图
图2 所研究的五个因素的努塞尔数的主效应图
本文来源：国际储能技术与产业联盟
