離子沉積仿真的案例
基于comsol的離子沉積分析
基于comsol的離子沉積分析
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設計仿真 | 基于Simufact Welding定向沉積增材仿真的幾何變形補償
在DED（Directed energy deposition定向能量沉積，下述簡稱DED）增材工藝過程中，由于零部件的重復加熱，極易產生部件的變形問題。借助?？怂箍祵I的金屬定向能量沉積仿真軟件Simufact Welding，能夠對目標件進行瞬態數值模擬，在得到變形結果后輸出反變形補償結果，從而大大減少必要的實際物理試驗次數，降低企業成本。
Simufact Welding沉積3D打印仿真
實際案例
此次對標案例選擇具有薄壁、彎曲特征的渦輪葉片進行DED增材制造。模型信息：材料為316L，粉末粒度為45μm~106μm、基板尺寸100mm X 100mm X 6mm（長寬高）、葉片前緣到尾緣最大弦長約75mm打印了部分高度約50mm。后續借助CAM軟件對工件進行了切片與刀路設計，并生成了對應的G-Code文件。采用同軸送粉設備進行打?。杭す夤β?00W、進給速度0.6m/min、光斑直徑0.6mm、送粉速度7.5g/min、層高為0.6mm。在實際加工制造結束后，采用了 GOM ATOS Triple Scan掃描儀進行了高精度的測定，測量誤差在3μm內。
展開 基于Simufact Welding定向沉積增材仿真的幾何變形補償
在DED（Directed energy deposition定向能量沉積，下述簡稱DED）增材工藝過程中，由于零部件的重復加熱，極易產生部件的變形問題。借助專業的金屬定向能量沉積仿真軟件Simufact Welding，能夠對目標件進行瞬態數值模擬，在得到變形結果后輸出反變形補償結果，從而大大減少必要的實際物理試驗次數，降低企業成本。
Simufact Welding沉積3D打印仿真
實際案例
此次對標案例選擇具有薄壁、彎曲特征的渦輪葉片進行DED增材制造。模型信息：材料為316L，粉末粒度為45μm~106μm、基板尺寸100mm X 100mm X 6mm（長寬高）、葉片前緣到尾緣最大弦長約75mm打印了部分高度約50mm。后續借助CAM軟件對工件進行了切片與刀路設計，并生成了對應的G-Code文件。采用同軸送粉設備進行打?。杭す夤β?00W、進給速度0.6m/min、光斑直徑0.6mm、送粉速度7.5g/min、層高為0.6mm。在實際加工制造結束后，采用了 GOM ATOS Triple Scan掃描儀進行了高精度的測定，測量誤差在3μm內。
DED增材加工的零部件
仿真分析
針對DED工藝仿真分析，Simufact Welding軟件增加了定義單元集、G-Code導入、按照熱源及路徑自動分配單元集等高效功能，借助上述功能，用戶可以對繁瑣且重復的DED工藝仿真模型進行快速建模。
仿真建模關鍵信息：熱效率0.6、線性六面體網格17萬、最小單元邊長1.2mm、配合最高2級焊接自動細化（實現最小單元0.3mm）、全瞬態分析、400條軌跡。
展開 仿真助力優化銅電化學沉積工藝
通過數值建模確定這些潛在問題后，工程師就找到了改進設計的突破口……
仿真助力優化銅電化學沉積工藝
借助類似的模型，工程師可以準確地分析電沉積過程，并測試不同的操作參數、施加電位和沉積表面的幾何形狀。通過這種方式，他們可以找到最優的電沉積參數，提高沉積層的均勻性，從而制造出高質量的產品。
本文中的模型可用作實現這些目標的起點模型。工程師可以根據具體需求來改造此基礎模型，例如引入其他離子的影響和測試更多不同的復雜幾何。
作者： Caty Fairclough
來源：COMSOL
展開 
【CAE案例】橄欖廢料燃燒鍋爐飛灰沉積的仿真模擬
但由于橄欖油渣在燃燒時會產生大量灰燼，這些生物質鍋爐在工作一定時間后需要熄火停工，以清除管道上的污垢沉積物以及爐排拱頂上沉積的飛灰，防止沉積物影響傳熱和流動，降低鍋爐效率，避免引起事故造成危險。
海
斯坦普正在開發的生物質鍋爐
鍋爐管道上的污垢沉積物
目前對于生物質鍋爐中的飛灰沉積問題，解決方法以定期清理維護為主，但飛灰沉積對鍋爐內的傳熱特性和工作穩定性的影響卻很難評估。因此，海斯坦普通過使用Code Saturne計算流體力學軟件，將流體力學仿真與其正在開發的生物質鍋爐項目結合起來，運用CFD分析的方法，模擬其內部流體的流動狀態以及傳熱特性，根據仿真結果在設計階段優化生物質鍋爐設計，預測飛灰的產生和飛灰對于鍋爐性能的影響，以最大限度地提高鍋爐的工作效率，并且根據仿真模擬的結果相應地調整運維策略，使得經濟效益最大化。
02
模型建立
海斯坦普公司使用code_saturne 對現有投入使用的50MWt 生物質鍋爐進行了CFD數值模擬，模擬中考慮了燃燒反應、輻射傳熱、湍流的效應，并使用拉格朗日粒子方法模擬飛灰的沉積。數值模擬過程中，對實際物理模型進行了一定的簡化，并將整個橄欖油渣鍋爐劃分為兩個不同的計算域：
爐排區域：在此區域中焚燒橄欖油渣，考慮橄欖油渣的燃燒反應；
熔爐區域：在此區域中不計算橄欖油渣的燃燒反應，但會計算氣體之間的燃燒反應。
展開 卷繞鋰離子電池仿真
為了詳細研究卷繞電芯充放電過程中的溫度場分布，電流密度分布，析鋰電位分布等特征，建立了1：1全三維電化學-熱偶合模型，通過分析發現，卷繞電芯側邊析鋰電位分差異較大，原因是側邊的卷繞結構導致NP比發生變化，當電芯充電時，NP比小的一側極易析鋰，通過此模型可以解釋邊緣析鋰問題。由于模型采用全三維結構，可以對電芯過流能力、電位分布等進行準確分析。
鋰離子電池膨脹仿真
大多數鋰離子電池模型都利用了多孔電極的均質域公式，同時求解同一域中的電極相電位和電解質相電位，并通過使用源項來定義電極反應。在這些模型中，使用額外維度模擬鋰擴散到固體電極粒子中，該維度表示電極中某一特定位置的平均粒子。在計算量相對較小時，這種建模方法具有很大優勢，大多數模型都可以僅用一維公式來表示電極厚度 （加上用于定義粒子擴散維度的額外維度）。但是，使用上述方法無法捕捉到某些現象。例如，上述粒子擴散模型本質上假定為笛卡爾對稱、圓柱形對稱或球形對稱，因此不允許模擬非常規粒子形狀的影響，也不允許模擬微觀和宏觀孔隙分布的影響。如果不對多孔電極執行均質化處理，而是在模型幾何中包含多孔電極的結構細節。這種模型稱為異構模型。本節描述使用三維幾何模擬的鋰離子單電池的特性，模型來自于層析成像數據，此模型可更真實的模擬電極狀態。在異構模型的基礎上，還可以將粒子中的鋰濃度分布與 “固體力學”接口中相應的體積膨脹以及由此產生的 von Mises 應力進行耦合，研究充放電此過程中鋰離子脫嵌導致的電芯膨脹。
展開 鋰離子電池的仿真模擬
以下綜述展示了針對鋰電池組件的仿真模擬實例，包括了陽極/陰極/電解質和制造過程。本文主要使用SIESTA(第一性原理計算引擎)，介紹了在全固態電池的固體電解質中插入鋰離子到陰極/陽極以及鋰離子擴散所引起的物理性質變化的實例。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評估鋰離子在固體電解質 LiZr2(PO4)3 (LZP) 中的擴散系數。
4．評估溶解鋰鹽的溶劑的相對介電常數。
5．電極漿料涂覆
圖 1 固體電解質 LZP 結構（左）和不同溫度下擴散系數的 Arrhenius 圖（右）
圖 2：用于陽極的石墨（左）和吸附鋰的 LiC6（右）之間的電子態密度差異
隨著全固態電池的商業化快速發展，電動汽車電池的研究和開發正轉向探索更多材料的可能性。因此，從探索各種材料（包括所有固態電解質）的角度來看，人們對材料模擬的期望越來越高。欲獲取全文鏈接，請與我們聯系。
展開 鋰離子電池的仿真模擬
鋰離子電池的仿真模擬
以下綜述展示了針對鋰電池組件的仿真模擬實例，包括了陽極/陰極/電解質和制造過程。本文主要使用SIESTA(第一性原理計算引擎)，介紹了在全固態電池的固體電解質中插入鋰離子到陰極/陽極以及鋰離子擴散所引起的物理性質變化的實例。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評估鋰離子在固體電解質 LiZr2(PO4)3 (LZP) 中的擴散系數。
4．評估溶解鋰鹽的溶劑的相對介電常數。
5．電極漿料涂覆
圖 1 固體電解質 LZP 結構（左）和不同溫度下擴散系數的 Arrhenius 圖（右）
圖 2：用于陽極的石墨（左）和吸附鋰的 LiC6（右）之間的電子態密度差異
隨著全固態電池的商業化快速發展，電動汽車電池的研究和開發正轉向探索更多材料的可能性。因此，從探索各種材料（包括所有固態電解質）的角度來看，人們對材料模擬的期望越來越高。欲獲取全文鏈接：www.anscos.com
展開 鋰離子電池制造工藝仿真技術進展
摘要: 鋰離子電池的綜合性能不僅取決于材料和結構的創新，還與制造工藝及相關設備技術的進步息息相關。目前電池制造廠商針對不同體系的電池工藝開發多采用窮舉法進行實驗試錯，在工藝仿真技術方面還存在較大的發展空間。面向電池高質量制造發展和數智化升級的行業發展趨勢，本文結合宏觀電池制造設備和微觀電池電極結構兩個角度，對電池制造工藝仿真研究現狀進行了系統總結，分析了各工序工藝仿真技術機理研究、結構發展及應用前景，并進一步指出當前研究的不足及未來的發展趨勢，旨在為優化鋰離子電池的制造流程和提高其綜合性能提供理論參考。
關鍵詞: 鋰離子電池 ; 電極制造 ; 電池制造工藝仿真 ; 電極微觀結構 ; 電池制造設備
前言
能源存儲是人類在21世紀面臨的重大挑戰之一［1］，作為電動汽車的主要儲能設備，鋰離子電池以其優異的電化學性能及經濟性表現在全球儲能設備中發揮著不可替代的作用［2］。為進一步提高鋰離子電池的綜合表現，探究鋰離子制造工藝參數與電極微觀結構以及電池整體電化學性能之間的相對關系，基于此建立對應的模型化表達已成為目前行業的研究熱點之一［3-4］。近年來學界對鋰離子電池單體、模組、電池包及整車系統的宏觀仿真模擬發展已趨于成熟［5-6］，但在微觀尺度下依據鋰離子電池各制造工藝機理進行建模并探究對電池性能影響的研究仍在起步階段［7］。探究電池制造工藝對電極結構的影響，并建立電極微觀結構與鋰離子電池整體電化學性能的關系，以此為基礎對鋰離子電池制造工藝流程進行優化設計顯得尤為重要［8］，圖1所示為鋰離子電池從電極材料選擇到整車系統設計的多尺度處理和仿真示意圖。
圖1 鋰離子電池制造從材料探究到系統設計的多尺度處理和模擬示意圖
鋰離子電池本身是一個極復雜的電化學系統，其性能受到多個物理場內不同因素的影響，表現出時變性和不可觀測性［10］。
展開 鋰離子單體電池仿真熱分析
01
鋰離子電池因其低成本、高性能、大功率、綠環境等諸多優勢，現已成為新能源的典型代表，廣泛應用于3C數碼產品、移動電源以及電動汽車等領域。
隨著鋰離子電池的不斷推廣，鋰離子電池的安全性越來越受到人們的關注，由于電池本身技術原因或是使用不當等問題都可能會造成鋰離子電池爆炸，引起火災等安全事故。尤其近幾年以電動汽車為主的電動交通工具市場對鋰離子電池的需求不斷加大，在發展大功率鋰離子電池體系過程中，電池安全問題引起了廣泛重視，存在的問題急需進一步解決。
鋰離子電池熱失控過程
近幾年出現的電池熱失控引起的火災的案例中，都是由于電池的生熱速率遠高于散熱速率，且熱量大量累積而未及時散發出去所引起的。
展開 
【環境仿真專題第二講】使用TELEMAC-MASCARET研究英國諾?？撕土挚峡ず０兜氖杩δ嗌?em>沉積和擴散路徑的影響
小結
本案例是將環境仿真技術應用于
評估疏浚工程對施工區域及周邊地區
的影響，模擬結果表證明TELEMAC-MASCARET有能力預測泥沙沉積和擴散路徑的范圍。
除了研究疏浚
工程的影響外，使用TELEMAC-MASCARET還可以建立類似的模型研究航道疏浚和港池維護導致的泥沙擴散和沉積現象、防波堤布局對輸沙的影響以及岸線演變等等情景。
END
今天的案例分享就到這里啦
下周繼續新專欄的分享
對TELEMAC-MASCARET感興趣的同學
可關注我們的培訓信息
纖維（或纖毛）運動及離子通道開啟仿真 ￥400
<p>本案例模擬了纖維受到牽拉之后的彎曲變形運動，模擬結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202110/64eb462720814fd29615271ca463a16c.gif" alt="Untitled.gif"></p><p>感興趣的朋友可加我交流模型。</p><p><br></p>
展開 “COMSOL多物理場耦合仿真技術與應用-鋰離子電池”篇
動力電池熱管理技術及數值仿真
5.1 熱管理技術簡述
5.2 動力電池風冷及模型構建
5.2.1 空氣流動過程仿真及常用物理接口介紹
5.2.2 鋰離子電池-空氣流動耦合模型構建
5.2.3 典型工況電池空冷模型構建及仿真演示
5.3 動力電池液冷及模型構建
5.3.1 液氣流動過程仿真及常用物理接口介紹
5.3.2 鋰離子電池-冷卻液流動耦合模型構建
5.3.3 典型工況電池液冷模型構建及仿真演示
6 鋰金屬電沉積過程數值模擬
6.1 鋰金屬電沉積涉及的物理接口簡介
6.1.1 一次、二次和三次電流分布接口
6.1.2 稀溶液理論與濃溶液理論
6.2 鋰硫電池模型構建
6.3 鋰離子電池異構模型
6.3.1 電池異構模型的意義
6.3.2電池異構模型構建
7 總結
了解更多 請關注公眾號：第一性原理計算與應用
QQ：745729222
TEL：15010498280
展開 精華 | 基于TAITherm軟件的鋰離子電池熱失控仿真
動力電池的安全問題是社會各界廣泛關注的問題，而鋰離子電池的熱失控是動力電池安全事故的隱患之一。本文介紹如何基于專業熱仿真軟件TAITherm進行熱失控模擬，進而為電池包散熱策略優化提供依據。 （圖片來源于網絡）
依據電池單體組分材料和電池的放電特性，考慮電池的串并聯關系，基于TAITherm軟件的電池模塊快速搭建電池單體或者電池包的熱電耦合模型，并分析電池充、放電過程中電池電壓和溫度場變化?；赥AITherm軟件的電池熱電耦合模型如下圖所示：
如何基于熱電耦合模型進行過充電等電濫用引起的單體電池熱失控仿真呢？
需要先從過充電的內部反應機理說起：
正常充電期間，引起鋰離子電池溫升的熱源有電化學反應熱、極化熱和焦耳熱，這些熱量值較小，引起電池溫升效果不太明顯，而鋰離子電池一旦發生過充電，正極析出過量鋰并且不斷向負極嵌入，導致SEI膜增厚，電池內阻不斷增大，進而使產生的焦耳熱增多；隨著過充電的持續進行，電池內部發生微短路現象，產生大量焦耳熱，甚至引發電池內部副反應。鋰離子電池過充電時的熱源可以分為兩大部分：即副反應熱和除副反應熱之外的其它熱，而電化學反應熱和極化熱相較于焦耳熱數值較小，其它熱源項主要為焦耳熱。 焦耳熱由TAITherm軟件的電模型計算，作為電池的初始熱源項輸入到TAITherm熱模型中，熱模型通過該熱源計算得到電池溫度，并將溫度返回到TAITherm副反應腳本用以觸發各副反應。同時，副反應產生的熱源輸入到熱模型，通過不斷迭代計算實時獲取電池溫度，如下圖所示：
焦耳熱的計算采用如下公式：S1=I2R，其中R為內阻，需要將TAITherm電模型的內阻數據從正常充放電范圍擴展到過充電條件下的內阻值。
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