液态金属电池中界面波的耦合与稳定性

我们研究了液态金属电池中的界面波耦合动力学及其对电池运行安全性的影响。与铝电解槽类似，液态金属电池可能极易受到磁流体动力学不稳定性的影响，从而激发可能导致短路的非期望界面波。然而，在液态金属电池中，波动动力学远为复杂，因为存在两个金属-电解质界面，它们可能进入共振状态。在本文第一部分，我们对圆柱形三层电池模型中耦合的重力-毛细界面波进行了势流分析。推导了振幅比和波频率的解析表达式，并表明波耦合可以由两个独立的无量纲参数完全描述。我们提供了一个解耦判据，阐明在大多数未来的液态金属电池中都将存在波耦合。在第二部分，通过将理论与多相直接数值模拟进行比较，对该理论进行了验证。进行了配套的参数研究，以分析不同耦合强度界面的系统稳定性。识别了三种具有特征耦合动力学的不同耦合机制。对于强耦合界面，我们观察到可能对运行安全性产生有益影响的新型不稳定性。