熱模型仿真的案例
仿真模型 | 圓柱鋰電池表面自然對流換熱系數(shù)仿真估算
仿真模型
導(dǎo)語
據(jù)悉，為研究鋰離子電池熱特性機(jī)理，針對電池表面自然對流換熱系數(shù)展開研究，通過實(shí)驗(yàn)得到了電池基本生熱參數(shù)并以此建立了單體鋰離子電池生熱模型，仿真分析了恒溫條件下不同放電電流的表面自然對流換熱系數(shù)。
鋰離子電池因其高比能量特性而被廣泛應(yīng)用于電動乘用車輛，其使用壽命受到自放電率、溫度等因素的制約。
研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池舒適溫度需要控制在20~35 ℃之間，溫度過高時，其不可逆反應(yīng)加劇容易產(chǎn)生自放電、熱失控等安全事故；溫度過低，則會使其容量和功率發(fā)生明顯下降。
因此，為了改善電動汽車單電池及電池成組后的安全性能，需建立較精確熱仿真模型，以此來預(yù)測動力鋰離子電池內(nèi)部溫度分布狀況及熱傳遞過程，從而精確分析出鋰離子電池熱失控因素。
01
導(dǎo)讀
目前，國內(nèi)外均針對鋰離子電池熱模型和熱行為進(jìn)行了相關(guān)研究。早期美國D.Bernardi等[1]通過研究電池溫度特性提出了電池生熱率模型，之后通過研究人員的不斷發(fā)展研究，鋰離子電池熱模型已經(jīng)呈現(xiàn)多維度趨勢發(fā)展；
Chen等[2]通過研究電池三維分層電化學(xué)-熱耦合模型仿真驗(yàn)證了單體電池和成組電池包溫度分布的真實(shí)性；Lopez等[3]通過熱濫用模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了圓柱電池熱響應(yīng)能力比棱柱電池小；Chacko等[4]將電-熱模型應(yīng)用到恒流勻速和變電流工況中，研究發(fā)現(xiàn)變電流對電池溫升影響較高。
本文在前人研究基礎(chǔ)上，突破傳統(tǒng)仿真中將對流換熱系數(shù)、電壓溫度系數(shù)設(shè)定為常數(shù)，通過變化的電壓溫度系數(shù)來估算對流換熱系數(shù)，以此來達(dá)到更高的溫度仿真精度。
展開 1P52S 液冷儲能pack 熱仿真模型 Icepak tzr格式+詳細(xì)仿真學(xué)習(xí)教程 ￥100
<div contenteditable="false" width="100%"><figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202412/attachment/d48b67cda10c45cbac533dfdf921521e.png" style="text-align: center"><img src="https://img.jishulink.com/202412/attachment/d48b67cda10c45cbac533dfdf921521e.png"></figure></div><p><span style="color: rgb(25, 27, 31); background-color: rgb(255, 255, 255);">1P52S 液冷儲能pack 熱仿真模型 Icepak tzr格式，外加詳細(xì)仿真學(xué)習(xí)教程，下載可直接運(yùn)行出結(jié)果，跟著教程逐步仿真，可快速學(xué)習(xí)上手，購買后可技術(shù)交流。</span></p><p><span style="color: rgb(25, 27, 31); background-color: rgb(255, 255, 255);">?</span></p>
展開 基于Icepak的儲能1P104S液冷Pack熱仿真模型 ￥80
采用Ansys Icepak軟件，搭建儲能1P104S液冷Pack熱仿真模型，對于儲能行業(yè)及電動汽車行業(yè)的pack結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師、熱設(shè)計(jì)工程師，具有非常大的指導(dǎo)學(xué)習(xí)意義。trz格式，下載后可直接求解出結(jié)果。
基于Icepak對儲能電氣倉（PCS、制冷水機(jī)）熱仿真模型及報(bào)告 ￥80
考慮PCS發(fā)熱功率及通風(fēng)量、制冷水機(jī)發(fā)熱功率及通風(fēng)量，建立電氣倉熱仿真模型，評估熱風(fēng)回流風(fēng)險，計(jì)算出電氣倉溫度和流場分布，此案例包括icepak仿真模型及報(bào)告，可下載直接運(yùn)行求解。
某水冷板熱流仿真—CAD模型修復(fù)導(dǎo)入教程
圖18 冷板的熱流后處理
注：本文來源于仿真秀，版權(quán)歸作者所有，旨在分享。
Flotherm：IGBT熱仿真模型的校準(zhǔn)
背景介紹
無論什么學(xué)科，什么類型的仿真模型，都會設(shè)置各種參數(shù)的數(shù)值。由于種種原因，部分參數(shù)的預(yù)估和猜測是不可避免的。但是參數(shù)的預(yù)估和猜測會導(dǎo)致仿真模型準(zhǔn)確性不足，和實(shí)際物理場景不一致。由此，仿真模型得到的結(jié)果可信度會大打折扣。
兩者有多接近？
為此，提出了模型校準(zhǔn)的概念。所謂模型校準(zhǔn)，是通過對仿真模型的參數(shù)進(jìn)行不斷調(diào)整，以使仿真模型的參數(shù)和物理實(shí)際充分接近的迭代過程。
在電子熱仿真中，通常涉及模型校準(zhǔn)的是元器件級和板級的仿真。
元器件級熱仿真
板級熱仿真
通過模型校準(zhǔn)，不僅可以提高仿真模型的可信度，也可以提高仿真模型針對不同物理場景下的可重復(fù)利用能力，得到的某些參數(shù)可以在整機(jī)和環(huán)境級分析中提供元器件相關(guān)的更準(zhǔn)確參數(shù)。
模型是否進(jìn)行過校準(zhǔn)，其仿真結(jié)果可能會有較大差異。
某型號芯片熱仿真模型校準(zhǔn)前后的節(jié)溫比較
模型校準(zhǔn)前后，在第一個脈沖結(jié)束時溫度分布對比
Flotherm軟件可以和T3ster熱阻測試儀聯(lián)合應(yīng)用，對模型進(jìn)行校準(zhǔn)。其校準(zhǔn)流程如圖所示。
展開 1P16S 風(fēng)冷280Ah pack 熱仿真模型 Icepak tzr格式 ￥50
<p>1P16S 風(fēng)冷280Ah pack 熱仿真模型 Icepak tzr格式，下載可直接運(yùn)行出結(jié)果，購買后可技術(shù)交流</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202407/attachment/6eef0cb9c91f49fea40222e363b5de05.png" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202407/attachment/6eef0cb9c91f49fea40222e363b5de05.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202407/attachment/6eef0cb9c91f49fea40222e363b5de05.png?image_process=/format,webp/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202407/attachment/6eef0cb9c91f49fea40222e363b5de05.png?
展開 FloEFD熱仿真分析之模型準(zhǔn)備
FloEFD熱仿真分析之模型準(zhǔn)備
By CAE白堤
1、仿真模型打開與簡化
雙擊安裝好的FloEFD啟動快捷鍵，軟件自動打開已經(jīng)連接上的三維設(shè)計(jì)軟件CREO，直接在CREO中打開需要仿真的模型。能直接在熟悉的三維設(shè)計(jì)軟件操作是把雙刃劍，一方面，可以避免不同軟件之間模型轉(zhuǎn)化的問題，但另一方面如果不恰當(dāng)?shù)氖褂?em>模型，會增加網(wǎng)格數(shù)量，從而增加計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)，降低仿真效率。仿真優(yōu)化不像結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越詳細(xì)越好，反而是在不影響仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，越簡單越好。當(dāng)然，將一個詳細(xì)模型簡化為適合熱仿真分析模型的工作需要一定的經(jīng)驗(yàn)技巧，比如，去除一些倒角、孔位、定位等結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，去除一些無關(guān)緊要的模型組件等。
2、仿真模型的準(zhǔn)備
雖然仿真模型得到了簡化，但不一定萬事大吉。在某些情況下，F(xiàn)loEFD不一定能識別出仿真分析的所有的固體模型和流體區(qū)域。這時可充分利用【檢查模型】功能，不僅能檢查出無法充分求解的某些模型組件，也可以檢查是否存在可能導(dǎo)致軟件創(chuàng)建不適當(dāng)網(wǎng)格的模型問題（FloEFD不允許組件之間為點(diǎn)接觸或者線接觸，如下）。
操作：點(diǎn)擊【檢查模型】，在跳出的檢查模型窗口，點(diǎn)擊“檢查”，在跳出檢查結(jié)果窗口查看檢查結(jié)果。
狀態(tài)一：點(diǎn)擊“檢查”，檢查結(jié)果顯示狀態(tài)成功，模型正常，那么模型準(zhǔn)備大功告成；
狀態(tài)二：點(diǎn)擊【檢查模型】后，跳出“以下組件不能用于分析”，點(diǎn)擊“確認(rèn)”后，在檢查模型窗口模型樹組件的圖標(biāo)標(biāo)有紅叉或紅箭頭，檢查結(jié)果顯示狀態(tài)成功，但有零件準(zhǔn)備失敗。
展開 Fluent仿真實(shí)例 – DPM模型仿真噴淋水滴在熱空氣管道中蒸發(fā)
案例描述：
在一根圓管中，熱空氣從進(jìn)口流入。管中分布著水滴噴入器，在管中，水滴將會被熱空氣加熱蒸發(fā)相變?yōu)樗魵猓旱巍⑺魵夂?em>熱空氣一起混合從出口流出。
CFD仿真思路：
先求解沒有液滴的流場；
啟動DPM模型+Species模型仿真液滴以及蒸發(fā)問題。
1、啟動軟件并導(dǎo)入網(wǎng)格
1.1 啟動Fluent軟件，選擇3D雙精度求解器。
1.2 導(dǎo)入網(wǎng)格，網(wǎng)格文件在文章底部有下載鏈接。
2、模型設(shè)置
2.1 啟動能量方程。
2.2 湍流模型。
2.3 啟動組分傳輸模型Species Model。當(dāng)設(shè)置后點(diǎn)擊會彈出一個information確認(rèn)框，點(diǎn)擊ok確定即可。
2.4 設(shè)置離散型DPM模型。
3、材料設(shè)置
對于本工況，空氣、水、O2和N2保留默認(rèn)設(shè)置。
4、邊界條件
4.1 進(jìn)口邊界，設(shè)置進(jìn)口速度為16 m/s，設(shè)置進(jìn)口溫度為900K，設(shè)置物料組分O2為0.23。
4.2 出口邊界，設(shè)置物料組分O2為0.23。
5、操作條件
6、設(shè)置水滴噴射點(diǎn)。
6.1 噴射點(diǎn)0，操作Dedine -> Injections…
點(diǎn)擊Create按鈕后，彈出設(shè)置框。
在Turbulent Dispersion按鈕，設(shè)置Discrete Random Walk Model。
6.2 建立噴射點(diǎn)1。噴射點(diǎn)1只是在噴射點(diǎn)0的基礎(chǔ)上，只修改噴射位置而已，所以操作上只需要copy噴射點(diǎn)0，然后修改位置即可。
6.3 copy噴射點(diǎn)1，建立其它7個噴射點(diǎn)，噴射點(diǎn)的位置如下列表，同時Total Flow Rate設(shè)置為0.003。
展開 基于COMSOL的礦用負(fù)荷電纜熱路模型仿真分析
摘 要：為了準(zhǔn)確分析礦用負(fù)荷供電線纜的溫度變化情況，基于電纜熱路分析法建立了礦用電纜仿真模型。分別模擬了電纜在正常狀態(tài)、老化以及絕緣層損傷時溫度場與電場的分布情況。分析結(jié)果表明：電纜在正常狀態(tài)運(yùn)行時，內(nèi)部場強(qiáng)最大，線芯溫度最高；隨著絕緣介電常數(shù)的下降，電纜內(nèi)部場強(qiáng)增大、溫度升高。通過分析不同情景的電纜場強(qiáng)與溫度場分布，其結(jié)果可為煤礦負(fù)荷電纜的溫度監(jiān)測以及電纜壽命預(yù)測等提供一定的理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：礦用電纜;溫度場;電場強(qiáng)度;電纜老化;電纜受損;
0 引言
礦用電纜的運(yùn)行狀態(tài)關(guān)乎礦井供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全生產(chǎn)。由于煤礦井下環(huán)境惡劣，老化、高溫、受潮、破損等原因加速了電纜絕緣老化、性能降低，進(jìn)而引發(fā)事故。電纜引起的火災(zāi)具有發(fā)生迅速、傳播快、且產(chǎn)生大量有毒有害氣體的特點(diǎn)。溫度是影響電纜絕緣性能的因素之一，電纜導(dǎo)體溫度決定其傳輸能力，當(dāng)交聯(lián)聚乙烯電纜線芯達(dá)到一定溫度時就有發(fā)生火災(zāi)的危險。因此，研究人員開展了對電纜溫度監(jiān)測的研究，但大多是針對電纜溫度進(jìn)行在線監(jiān)測，并未深入研究溫度對線纜狀態(tài)的影響規(guī)律，而電纜運(yùn)行狀態(tài)及壽命與其長期運(yùn)行的溫度密切相關(guān)。
因此，本文從正常狀態(tài)、老化以及絕緣層受損3種場景進(jìn)行電纜溫度場與電場分布規(guī)律研究，研究結(jié)果可以更好地進(jìn)行電纜溫度監(jiān)測，以保障煤礦井下穩(wěn)定供電。
1 礦井線纜仿真
(1）模型建立
由于電纜負(fù)荷電流變化引起的溫升只與電纜自身參數(shù)有關(guān)，因此，與穩(wěn)態(tài)熱路模型不同，分析電纜暫態(tài)熱路模型時需要考慮電纜不同結(jié)構(gòu)的熱容量，根據(jù)MYJV22-8.7/10 k V 3×50 mm2電纜的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)參數(shù)，基于電纜熱路分析法在COMSOL軟件中建立仿真模型。其參數(shù)如表1所示。
展開 基于參數(shù)優(yōu)化的 LED 驅(qū)動電路 PCB 熱仿真分析
其中,Q3為輻射放出的熱量,W;A3為參與輻射的面積,m2,ε為物體表面的輻射率,其值介于0~1,和物體材料的溫度?表面粗糙程度有關(guān);σ為斯特藩-玻耳茲曼常量,其值為5.67×10–8W/(m2·K4);TA為周圍環(huán)境溫度,K?
本文基于以上3種傳熱公式,研究了改變PCB的尺寸(即對流傳熱和輻射傳熱的面積)?材質(zhì)(即PCB的導(dǎo)熱系數(shù))來改善產(chǎn)品的設(shè)計(jì),并運(yùn)用電子產(chǎn)品熱分析軟件ANSYSICEPAK對不同產(chǎn)品模型分別進(jìn)行了仿真[6]?
車規(guī)級氛圍燈PCB熱仿真及優(yōu)化方法
氛圍燈 PCB 熱仿真模型的建立
車規(guī)級LED驅(qū)動電路印刷電路板（以下簡稱氛圍燈 PCB）的電路原理見圖2。Ⅰ型氛圍燈 PCB 設(shè)計(jì)見圖3，規(guī)格為39.56 mm×15.41 mm×1.6 mm 的2層 PCB。
PCB 上的元件參數(shù)和功率如表1所示。
展開 
基于粘彈性本構(gòu)模型的熱固性樹脂基復(fù)合材料固化變形數(shù)值仿真模型
背景介紹
熱固性樹脂基復(fù)合材料在制件成型過程中會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，引起固化變形，從而增加裝配和制造的難度，因此，合理預(yù)測預(yù)制件固化過程中的殘余應(yīng)力的發(fā)展具有重要意義。
早期的研究主要集中于彈性理論來研究復(fù)材的固化成型，現(xiàn)今，越來越多的文獻(xiàn)考慮了樹脂的固化放熱以及材料的各向異性等因素的影響，發(fā)展了基于粘彈性模型的數(shù)值仿真計(jì)算方法，證明了粘彈性的結(jié)果固化變形量小于線彈性的結(jié)果，且樹脂含量越高的復(fù)材，其粘彈性效果越明顯。
RTM成型工藝示意圖
二。粘彈性模型在Abaqus中的實(shí)現(xiàn)
本文作者在參考文獻(xiàn)【1】的基礎(chǔ)上，使用廣義Maxwell粘彈性本構(gòu)模型，聯(lián)合編寫了HETVAL、USDFLD、DISP、UMAT及UEXPAN子程序，在abaqus軟件平臺中實(shí)現(xiàn)了復(fù)材固化成型的仿真模擬，其基本編程思路如下圖所示：
其中，最關(guān)鍵的粘彈性本構(gòu)公式為：
參考上述公式和子程序的編寫流程，可以完成上述模型。最后得到仿真Mises應(yīng)力云圖和S33云圖如下：
得到的S33關(guān)于時間的曲線趨勢如下所示：
該曲線結(jié)果和文獻(xiàn)有出入，但是榮的文獻(xiàn)中關(guān)于底數(shù)的取值有錯誤，亦即下列公式的底數(shù)應(yīng)以e為底數(shù)，而不是10
【1】
基于黏彈性本構(gòu)模型的熱固性樹脂基復(fù)合材料固化變形數(shù)值仿真模型.pdf
最后，歡迎大家關(guān)注“320科技工作室”微信公眾號，有相關(guān)需求可以添加管理員聯(lián)系方式~
展開 Starccm+ 電池包熱仿真分析（附模型及分析流程） ￥85
image_process=/format,webp" data-initial-src="https://img.jishulink.com/upload/202301/43af4d301fdd47d2a8da98e9d2810368.png">
</div><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"></p><p>模型的前處理，根據(jù)計(jì)算的預(yù)算能力進(jìn)行簡化，如果是服務(wù)器只要不能存在重復(fù)面、干涉以及單獨(dú)面，即可，Star CCM+能保證最原始的幾何模型。修模采用SpaceClaim，主要選擇單一的特征、然后選擇Selection，根據(jù)需求，選擇同類，一次性修改模型。</p><p>2.2 導(dǎo)入到StarCCM中</p><p>單擊Star CCM+軟件，新建、選擇Parallel on Local Host，并設(shè)置Compute Processes，根據(jù)計(jì)算機(jī)運(yùn)算線程進(jìn)行填寫。
展開 FloEFD熱仿真分析之模型簡化（二）
風(fēng)扇工程數(shù)據(jù)庫：FloEFD自帶的風(fēng)扇數(shù)據(jù)庫，如沒有可自己根據(jù)風(fēng)扇的特性曲線創(chuàng)建風(fēng)扇；
在瞬態(tài)分析時候，通過設(shè)置切換來控制風(fēng)扇的開關(guān)；熱動力參數(shù)和湍流參數(shù)一般不做修改；目標(biāo)可根據(jù)需求設(shè)置關(guān)注的參數(shù)；
另外，降級很實(shí)用，往往供應(yīng)商提供的理論風(fēng)扇特性曲線與實(shí)際曲線有一定的差異，可設(shè)置對應(yīng)的系數(shù)；
風(fēng)扇選擇需要考慮的一些因素：
所需的空氣流量：系統(tǒng)的阻抗的影響，為了達(dá)到最大流量，應(yīng)盡量減少障礙物，但有時需擋風(fēng)板引流到某些部件上，避免回流；
交流或直流風(fēng)扇：現(xiàn)在一般需用直流風(fēng)扇，因?yàn)槠鋲勖L，功耗低，此外，其速度與電壓稱正比，方便風(fēng)量控制；
電壓：一般12V和24V，優(yōu)選高壓，這樣電流和功耗都更低；
速度：風(fēng)扇產(chǎn)生噪音的頻率和幅度隨著轉(zhuǎn)速的增加和增加，盡量選擇低速電機(jī)；
預(yù)期壽命：鎖定轉(zhuǎn)子且能重新啟動并正常運(yùn)行；
噪聲影響：盡量使用最大的風(fēng)扇，避免共振，避免高速區(qū)障礙物；
入口風(fēng)扇或出口風(fēng)扇：有灰塵要求，選擇入口；通風(fēng)口面積至少比風(fēng)扇開口大50%；
文章作者：白堤，碩士，有限元設(shè)計(jì)圈主編，就職于國內(nèi)某知名企業(yè)，主要從事熱設(shè)計(jì)仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學(xué)習(xí)者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結(jié)交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠(yuǎn)矣，我將上下而求索。
展開 FloEFD熱仿真分析之模型簡化（一）
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（一）
CAE白堤
多孔介質(zhì)
多孔介質(zhì)的特點(diǎn)：多孔介質(zhì)由多相物質(zhì)共同組成，其中至少一種是氣體或者液體，并且固體所在區(qū)域占據(jù)多孔介質(zhì)整個區(qū)域。常見的多孔介質(zhì)有泥土、濾芯、瓷器等。這種多種介質(zhì)模型復(fù)雜，計(jì)算量大，針對以上問題，軟件可以將多孔介質(zhì)簡化為具有特定流阻特征且有流體流動的流體腔，而流體流動取決于多孔介質(zhì)的屬性以及外部流動的條件。
在建立多孔介質(zhì)時，需要指定其屬性，主要涉及四個方面：
l 多孔介質(zhì)的有效多孔性
是指互連孔相對于總介質(zhì)體積的體積分量：
l 多孔介質(zhì)的滲透類型
各向同性：介質(zhì)滲透性與介質(zhì)中的方向無關(guān)
單向：介質(zhì)僅在一個方向具有滲透性
軸對稱：介質(zhì)滲透性完全由其相對于指定方向的軸向和橫向控制
正交各交異性：介質(zhì)滲透性隨方向變化，由三個方向上的三個分量來確定；
l 介質(zhì)滲透以介質(zhì)形式對流體流動的阻力
壓降，流量，尺寸
壓降，速度，尺寸
速度相關(guān)性
參考孔徑大小相關(guān)性
參考孔徑大小相關(guān)性和雷諾數(shù)
l 介質(zhì)的熱屬性
指定使用有效密度和熱容、多孔矩陣的密度、多孔矩陣的比熱容、傳導(dǎo)類型、熱導(dǎo)率、熔點(diǎn)溫度、矩陣和流體熱交換的定義標(biāo)準(zhǔn)來決定。
注意：
多孔介質(zhì)設(shè)置后，自動將應(yīng)用它的組件禁用，且禁用后不自動恢復(fù)；
對于阻力設(shè)置，K必須小于100V/X，X為最大網(wǎng)格的大小，否則結(jié)果可能不準(zhǔn)確；
默認(rèn)情況，孔徑大小是0.00001m；
如果多孔矩陣的熱導(dǎo)率未打開，則會忽略其的熱傳遞；
文章作者：白堤，碩士，有限元設(shè)計(jì)圈主編，就職于國內(nèi)某知名企業(yè)，主要從事熱設(shè)計(jì)仿真工作。
展開 