基于starccm的電芯熱管理仿真

首先準備電芯熱管理的3D數模,導入到前處理軟件中(ANSA,HM等),將各個區域區分開,生成不同部件,并做一些簡化處理(倒圓角、去除與散熱無關的部件,抽取流體域等),再生成面網格后,導出STL.文件。

在此模型中,對一片電芯進行水冷散熱,即電芯極耳與導熱硅膠墊傳熱,導熱硅膠墊在與水冷板接觸,將熱量帶走。

1、將導出的STL.文件導入到STARCCM中:

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖1

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖2

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖3

導入面網格時,選擇創建新區域、邊界模式為每個固體一個邊界,單位選擇mm。

2、導入面網格之后,要檢查網格質量

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖4

選擇啟動面網格修復,import,選擇導入的面網格,檢查面網格質量質量時,要一個區域一個區域的導入,否則會因為兩個區域因為粘連在一起,導致網格報錯。

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖5

當看到右側顯示為0,表示網格沒問題,若沒有顯示0,一般是有些面漏掉,或者有重合面,需要去前處理軟件中解決。

3、體網格的繪畫

此模型中,分為銅極耳、鋁極耳、電芯本體、硅膠墊、水冷板、流體域。一般長方體選擇薄體網格畫體網格,比如銅鋁極耳和電芯、硅膠墊等,此種網格類型網格數量少,計算速度快;

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖6

對于不規則的水冷板和流體域,需要用多面體網格繪畫,此種網格類型能較好的保證區域形狀,但是網格數量較多,計算速度慢。對于流體域,還需要繪畫邊界層,邊界層得繪畫由棱柱層網格制作,一般需要確定3個參數:第一層網格高度(粘性子層),邊界層數,邊界層總厚度。具體如何確定這三個參數需要根據Y+來確定,一般對于小雷諾數,邊界層要比較密集,層數較多,Y+一般小于1,對于高雷諾數,邊界層數可以少一些,Y+一般在30左右。

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖7

之后點擊生成體網格:

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖8

4、物理模型的選擇

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖9

由于本案例不涉及到電熱耦合,銅鋁極耳、水冷板、導熱硅膠墊、電芯的物理模型選擇上圖即可。本案例為瞬態求解,選擇隱式不定常。

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖10

流體域物理模型選擇為上圖所示。

5、交界面的生成

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖11

交界面生成以后,相接觸的面才會有熱量傳遞,具體方法如下:

按住ctrl鍵后,同時選中兩個區域中相同的面,右鍵選擇生成界面。界面類型選擇為映射接觸界面(若為電熱耦合,則為接觸界面)。

在交界面中可以設置接觸熱阻。

6、仿真參數的設定

本案例中,電芯發熱量為10W,電芯物理條件選擇為總熱源:

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖12

并且電芯的導熱系數也可以在其中設定。

邊界條件設置為絕熱,即所有熱量均通過水冷板帶走。

水冷板流體的進口邊界條件設置為速度進口:

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖13

進口流速為4m/s,進口水溫為25℃。

7、停止標準的設定:

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖14

最大內部迭代步數為1s內,需要計算多少步,一般為10-20步。

最大物理時間為需要計算多少秒。

8、監控點的設定:

本案例監控電芯的最大溫度:

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖15

右鍵選擇生成監控點和繪圖

9、模型計算

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖16

初始化計算后,選擇運行。

10、模型后處理

雙擊繪圖,顯示各個監控點溫度隨時間變化的情況:基于starccm的電芯熱管理仿真的圖17

在場景中,右鍵新建標量場景,選擇函數,區域后,雙擊標量場景,顯示模型云圖:

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖18

基于starccm的電芯熱管理仿真的圖19

文章來源熱管理
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