ansys自然對(duì)流仿真的案例
仿真模型 | 圓柱鋰電池表面自然對(duì)流換熱系數(shù)仿真估算
仿真模型
導(dǎo)語(yǔ)
據(jù)悉，為研究鋰離子電池?zé)崽匦詸C(jī)理，針對(duì)電池表面自然對(duì)流換熱系數(shù)展開(kāi)研究，通過(guò)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(duì)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(dòng)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(guò)高時(shí)，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(guò)低，則會(huì)使其容量和功率發(fā)生明顯下降。
因此，為了改善電動(dòng)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(lái)預(yù)測(cè)動(dòng)力鋰離子電池內(nèi)部溫度分布狀況及熱傳遞過(guò)程，從而精確分析出鋰離子電池?zé)崾Э匾蛩亍?01
導(dǎo)讀
目前，國(guó)內(nèi)外均針對(duì)鋰離子電池?zé)崮Ｐ秃蜔嵝袨檫M(jìn)行了相關(guān)研究。早期美國(guó)D.Bernardi等[1]通過(guò)研究電池溫度特性提出了電池生熱率模型，之后通過(guò)研究人員的不斷發(fā)展研究，鋰離子電池?zé)崮Ｐ鸵呀?jīng)呈現(xiàn)多維度趨勢(shì)發(fā)展；
Chen等[2]通過(guò)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(guò)熱濫用模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了圓柱電池?zé)犴憫?yīng)能力比棱柱電池?。籆hacko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(duì)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(duì)流換熱系數(shù)、電壓溫度系數(shù)設(shè)定為常數(shù)，通過(guò)變化的電壓溫度系數(shù)來(lái)估算對(duì)流換熱系數(shù)，以此來(lái)達(dá)到更高的溫度仿真精度。
展開(kāi) 操作技巧- Fluent自然對(duì)流冷卻仿真注意事項(xiàng)
根據(jù)用戶們向Ansys流體技術(shù)團(tuán)隊(duì)反饋的在自然對(duì)流冷卻仿真過(guò)程中存在的問(wèn)題，Ansys工程師做了系統(tǒng)的解答匯總。以下知識(shí)點(diǎn)雖然都是在Fluent中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，但方法是普適的，在其它CFD軟件中計(jì)算時(shí)同樣需要注意，希望對(duì)大家有所幫助。
關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)匯總
?網(wǎng)格方面：空氣域需要有邊界層網(wǎng)格，且最大長(zhǎng)寬比不宜超過(guò)40
?求解器方面：需要使用雙精度求解器
?打開(kāi)重力
?物性密度方面
‐Incompressibleideal gas->指定操作密度
‐Boussinesq：要求溫度變化較小（<20%）; 指定操作溫度
?壓力空間離散格式: body force weighted 或者Presto!
?需要計(jì)算非穩(wěn)態(tài)時(shí)間常數(shù)，時(shí)間步長(zhǎng)取其1/4左右
?P-V耦合
‐推薦使用coupled; CFL設(shè)置為100，密度松弛因子0.8
‐simple也可以計(jì)算
?初始時(shí)使用一階算法，穩(wěn)定后切換到二階
?Bodyforce 松弛因子不宜大于0.5
?必要時(shí)可關(guān)閉溫度的二階梯度
以下是對(duì)上述點(diǎn)具體實(shí)現(xiàn)的描述：
在WTM中可實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)寬比生成的控制
打開(kāi)重力
物性密度操作
壓力離散格式
時(shí)間步長(zhǎng)計(jì)算
PV耦合
關(guān)閉溫度二階梯度
相關(guān)資料：
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