熱流體仿真的案例
CFD基礎課程系列（1）：第1章 熱流體仿真是什么？
另外，空調設備的設計和研究高層建筑周圍產生的建筑風，熱島現象時，準確掌握空氣和熱的傳遞對于營造舒適的環境非常關鍵。
這些流體和熱的傳遞現象與我們的生活息息相關，對于這些現象的理解和掌握是一個極其重要的課題。
圖1.2 流體和熱的傳遞有關的現象
1.2 熱流體仿真的優點和缺點
上一節列舉的各種現象可以通過實驗得到實際現象的數據和信息。這些信息和數據的可信度很高。但是，實驗的實施往往需要很高的費用，很長的時間以及和很大的人力。
解決這些問題的有效方法和工具是熱流體仿真軟件。熱流體仿真涉及的學科叫計算流體動力學（Computational Fluid Dynamics），取英文名的第一個字母，簡稱為CFD。
利用熱流體仿真軟件，將流體和熱的傳遞在計算機上再現成為可能。近年來，隨著仿真技術和計算機性能的飛躍發展，仿真結果在實際的產品設計中得到了廣泛的應用。以下例舉了熱流體仿真的優點。
對于不同的設計，不用一一制作樣品并進行實驗來驗證設計的合理性。各種設計方案可以在計算機里進行驗證，大大縮短了開發周期和設計修改的費用。
不具備實驗條件，或者實驗測定困難的情況下，可以通過仿真得到詳細的數據。
可以直觀地顯示和說明肉眼看不清的流場狀態，如速度分布、密度分布、溫度分布、流線等等。
以下是幾個熱流體仿真的案例。
展開 【新聞】AICFD — 智能熱流體仿真軟件，正式發布！
AICFD是由南京天洑軟件有限公司自主研發的一套通用的智能熱流體仿真軟件，它實現對流動及傳熱的快速智能仿真。其功能可分為模型導入、網格自動快速生成、快速仿真、結果可視化和后處理、智能加速五大部分，涵蓋了從幾何模型到仿真結果的完整仿真分析流程。通過現代化的圖形界面結合數值仿真和智能加速算法，AICFD向用戶提供了易用的智能熱流體仿真功能。AICFD作為一款通用的熱流體仿真軟件，幫助工業企業建立設計、仿真和優化相結合的一體化流程，較大程度地提高產品的開發效率。
功能特色
（1） 一鍵式仿真
市場上已有的商用仿真軟件絕大多數操作復雜、學習時間長，主要面向仿真人員，而對設計人員并不友好。AICFD提供了圖形化和一體化的仿真流程，用戶只需通過對必要參數的基本設置即可自動完成網格生成、計算、后處理等復雜的一體化仿真流程，對設計人員非常友好。
圖1 一鍵式仿真計算流程
（2）面向工業設計的流體仿真功能
AICFD提供了工業設計中常用的流體仿真功能，流動類型包括單相不可壓縮流動、單相可壓縮流動（支持亞音速、跨音速和超音速流動）、傳熱、多相流等，它支持多區域的流動和傳熱模擬，使得其可應用于復雜工業流動如葉輪機械和換熱器內的流動和傳熱仿真。AICFD提供多種穩健的數值格式和邊界條件以及常用的物理模型，它為能源動力、船舶海洋、航空航天和汽車等領域的設計人員提供了一個通用的熱流體仿真手段。
圖2 豐富的流體仿真功能
（3）快速智能仿真和實時仿真
目前商用仿真軟件的仿真時間較長，通常需要幾小時，幾天甚至幾周的時間。AICFD采用人工智能技術等方法加速仿真計算，可以實現秒級仿真，大大提高了仿真效率。對于特定模型的仿真，通過仿真技術和人工智能技術的深度結合實現實時仿真。
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圖8 Linux系統平臺及并行計算效率
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CFD基礎課程系列-第五章 熱流體仿真基礎知識（1）
在這個《CFD基礎課程系列》里，針對剛剛開始，或者將要開始進行熱流體仿真的工程師，我們盡量通過通俗易懂的語言和直觀的現象來闡述CFD的概念。在第四章，作為熱的基礎，我們討論了溫度與熱，浮力的關系，自然對流和強制對流，熱的傳遞形態（包括導熱，熱對流，熱輻射）4個課題。在第五章里，我們將介紹熱流體仿真的基本思想方法和實用仿真流程。內容比較多，我們將分3次發布。這次的內容包括了熱流體的運動方程式，有限體積法的概念以及仿真區域選定的思想方法。
5.1基本方程及離散
流體的運動和熱的傳遞由微分方程來描述。如果討論基于不可壓縮流體的話，有以下方程：
納維-斯托克斯方程式（動量守恒方程式）
連續性方程
能量守恒方程
納維-斯托克斯方程和流體的連續性方程描述流體的運動，而能量守恒方程用來描述熱傳遞現象。它們是熱流體仿真的基礎，所以也被稱為基本方程。
如果用理論方法能夠求解基本方程的話，就可以馬上得到流體的流速，壓力以及溫度的分布。可惜的是除了一些簡單的問題，對于絕大部分的實際問題，無法得到方程式的理論解。
因此就有了利用計算機采用數值計算來求解熱流體基本方程的仿真方法。但是計算機仿真的問題是它不能應對連續值。
這個問題用計算器的例子就比較容易理解
比如，y = x + 1 的函數用計算器求解時
x = 1 時 y = 1 + 1 = 2
x = 2 時 y = 2 + 1 = 3
x = 3 時 y = 3 + 1 = 4
:
:
對應輸入的數字可以得到計算結果，但是對于連續函數原型得不到連續的解。因此需要使用離散的值來改寫，或者表述基礎方程式，這就是所謂的離散化。
展開 
新能源汽車動力電池熱管理熱流體仿真案列分析
圖3 簡化前模組
圖4 簡化后模組
對于流場仿真：在處理幾何模型時，應保留所有管道的內徑和液冷板內流道尺寸不變，對管路彎曲、管道變徑、局部彎頭等細節特征保留，水管要做到不扭曲，彎角過度平滑，同時保證簡化后接頭裝配良好，對管路、接頭、冷板的外部可進行適度的簡化以減少網格量。
對于熱仿真：模型中的線束、掛耳、螺絲螺套、銅排、bms管理部件等對熱管理系統影響較小，可舍棄；對于熱管理系統影響較大的零件幾何特征可以適當簡化，如倒角結構、結構對齊等。
簡化完成后，檢查整個模型是否有干涉和其他問題，如有問題，可用ANSYS-SCDM軟件對其進行修復，如無問題，可利用SCDM對模型進行流體域的抽取。
二、 熱管理設計
為了使動力電池保持在合理的溫度范圍內工作，電池包必須擁有科學和高效的熱管理系統。主要如下幾項主要功能：
(1)電池溫度的準確測量和監控；
(2)電池組溫度過高時的有效散熱和通風；
(3)低溫條件下的快速加熱，使電池組能夠正常工作；
(4)保證電池組溫度場的均勻分布。
電池熱管理系統設計的主要目標是：在考慮空間布置、設計成本、輕量化等條件下，通過加熱或冷卻控制，保證電池系統工作在相對適宜的工作溫度，同時減小單體間溫度，保證一致性。熱管理系統設計結構圖如下：
圖5 熱管理系統設計結構圖
三、 仿真分析
鋰電池Pack設計中往往會借助熱流體仿真分析來輔助工程師完成pack熱管理系統設計，在熱管理系統設計階段，可對Pack、模組或電池進行熱場仿真分析，根據仿真結果快速地選擇出冷卻、加熱和保溫方式；在冷卻子系統設計階段，可以對Pack、模組或電池（帶冷卻子系統）進行熱場和流場仿真分析，根據仿真結果確定冷卻通道設計、冷卻介質、冷卻入口溫度和流量以及風扇或泵的參數等。
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AICFD是由天洑軟件自主研發的一款通用的智能熱流體仿真軟件，輔助工程師使用數值模型，快速、準確地模擬流體流動特征及其熱力學特性，大幅減少對物理樣機的需求，更深入地評估流體流動和散熱性能。
一、AICFD功能特色
●
一體化仿真流程：軟件具備完善的前處理、仿真求解、后處理功能，可實現從幾何導入、網格劃分、求解設定、結果后處理一體化操作流程。
● 全面的流體和傳熱求解能力：軟件的核心是具有完整知識產權、國產自主可控的通用流體仿真求解器，求解能力覆蓋單相流、共軛傳熱、多相流、氣動噪聲、燃燒、旋轉機械、熱輻射等，求解精度高，計算效率高。
●
快速智能仿真和實時仿真：軟件深度融合AI技術，亮點功能包括通過跳躍式迭代求解、大幅提升仿真效率的AI求解加速功能，以及基于歷史樣本、秒級預測三維流場的AI預測功能。
● 旋轉機械專用模塊：軟件面向旋轉機械，提供專用前處理向導、專用求解算法、專用后處理，方便用戶快速進行仿真設定和分析，并擁有多相流等深度擴展功能，可模擬空化現象。
●
電子散熱專用模塊：模塊針對電子散熱計算域多、材料多、邊界多、交界面多等設置繁瑣的問題，提供簡單快捷的前處理設置向導，并內置豐富的散熱模型，滿足封裝元件、PCB 板、系統設備和數據中心等電子產品散熱仿真設計和優化的需求。
展開 【新聞】智能熱流體仿真軟件AICFD 2022R1-SP1版本發布
計算條件
入口速度
1、2、5、10、15、20m/s
出口靜壓
1atm
電池模組發熱功率
82.5W
湍流模型
standard k-epsilon
計算結果
關鍵截面溫度云圖
流場溫度流線圖
圖3 計算域內最高溫度與國外某商業CFD軟件對比
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展開 【產品】智能熱流體仿真軟件 - AICFD 2022R2版本新功能詳解
AICFD是由天洑軟件自主研發的一款通用的智能熱流體仿真軟件，可針對復雜流動和傳熱現象進行快速智能仿真，在航空航天、車輛交通、能源動力、電子電器、生物工程、船舶水利、環境工程、體育工程等領域有廣泛應用。AICFD 2022R2版本在前處理、求解器、軟件專用模塊及AI特色模塊多個方面進行了全面升級優化。
前處理升級
AICFD 2022R2版本新增了總壓入口、質量流量出口邊界條件，可應對更多、更復雜的工程問題。
邊界條件列表
新版本實現了計算域/邊界/交界面自動創建，該功能簡化了多域模型的前處理操作，如在電子散熱分析中，模型通常比較復雜，包含多個計算域以及百量級別的交界面，該功能優勢體現尤為明顯。
筆記本散熱仿真案例
求解穩定性、收斂性提升
AICFD 2022R2版本針對求解器底層算法進行了深度優化，提升了求解穩定性、收斂性，以及跨尺度求解能力。
案例. 閥門壓損分析案例
① 案例模型
閥門幾何模型
② 計算條件：入口速度：10.69m/s；靜壓出口；湍流模型：Standard k-epsilon。
③ 計算結果：
AICFD
參考
結果
中心截面速度云圖
中心截面靜壓云圖
閥門流場對比
閥門壓損統計
旋轉機械專用模塊
1. 全新前處理向導
AICFD 2022版本通過結合旋轉機械仿真設置的特點，將整個前處理流程設置模板化，一步步引導用戶操作，降低使用門檻，減少對仿真工程師CFD理論基礎的要求。
展開 【產品】智能熱流體仿真軟件AICFD 2026R1發布
一、AICFD簡介
智能熱流體仿真軟件AICFD由天洑自主研發，在業界率先引入人工智能技術，高效解決工業級流動、傳熱、多相流、噪聲及燃燒等復雜仿真問題，為工程師提供更高效、精準、易用的流體仿真解決方案。
二、版本更新簡介
AICFD 2026R1版本更新聚焦在智能建模、AI網格、幾何模塊、旋轉機械、多相流及后處理等方面。
1、智能建模：CAE仿真智能體
AICFD 2026R1創新性地引入基于大模型的仿真智能體，用戶僅需以自然語言描述一段仿真需求，智能體即可自動解析仿真場景、推薦物理模型與邊界條件、完成求解設置。
仿真結束后，系統自動輸出結構化報告，實現“需求輸入→報告輸出”的端到端自動化。
該功能大幅簡化復雜仿真流程，降低CAE軟件使用門檻，使工程師將精力集中于產品創新而非工具操作。
2、AI智能網格
針對網格生成高度依賴人工經驗難題，AICFD 2026R1版本AI網格算法重大更新：
多域復雜場景支持：可處理包含旋轉機械、多部件裝配、復雜流道在內的多域幾何，自動識別域間交界面并生成保形、保特征的體網格，實現一鍵式全自動網格生成。
幾何保形優化：新增生成參考面功能，智能識別并保持原始幾何特征，在細小倒角、曲率劇變區域輸出高保真度邊界層網格。
AI網格監控與歷程動畫：網格生成過程實時可視化監控，并可導出網格演化歷程動畫，便于用戶評估網格質量。
3、幾何模塊全新升級
AICFD 2026R1新增從模型驗證到設計優化的一站式幾何處理工具：
幾何檢查：新增干涉檢查與水密性檢查功能，自動定位幾何缺陷，確保進入仿真環節的模型質量。
展開 新能源動力電池熱管理仿真必備技能大揭秘！(內附課程視頻)
眾所周知，新能源動力電池熱流體仿真分析，因其復雜性和廣泛性，想要從入門到精通，需要學習到每個板塊的內容，如果想要在短時間內完成，那更將是一項艱巨任務！因此對于新手來說，如果想要靠自學摸索，從新手到獨立構建熱仿真模型之路就變得尤為漫長！
因此本套《starccm+新能源動力電池熱管理仿真入門到進階》課程專為想快速入門并找到心儀熱仿真工作的人群研發，也是目前市場上唯一一套從PACK模型簡化，到熱模型構建，再至后處理評價全程詳盡的系統講解。
這段學習之旅遠不止于對SCDM/Star-CCM+軟件操作的掌握，它更是一次深入新能源動力電池熱管理仿真與設計的全面探索。通過本次系統學習，您將迅速具備獨立構建電池PACK模型及熱流體仿真分析的能力，實現職業生涯的飛躍！
新能源動力電池熱管理仿真如何快速入門
今日好課推薦：
《Starccm+動力電池熱管理CFD仿真入門到進階25講》
課程適合人群：
1.新能源行業應屆畢業生
2.熱管理領域人士（1-2年經驗）
3.跨行業轉行人員
課程學習建議：
對于剛畢業初入職場或渴望提高熱管理能力迅速成長的同學，推薦從入門課程開始，重點學習熱管理設計與仿真。根據個人對軟件的熟悉程度，靈活選擇課程，快速構建熱管理能力基礎。
有的人會問：“我是熱管理仿真工程師，為什么要去學習設計課程？”，熱管理設計與仿真緊密相連，想要成為一名合格的熱管理仿真工程師，掌握設計課程同樣重要，單一技能在職場中的競爭力有限，崗位也只能定格在評估工程師。
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1.
一文看懂「電池熱管理工程師」的進階路！月薪3W-6W不是夢～
2.
展開 【新聞】智能熱流體仿真軟件 - AICFD 2022R1版本發布
AICFD是由天洑軟件自主研發的一款通用的智能熱流體仿真軟件，可針對復雜流動和傳熱現象進行快速智能仿真，在航空航天、車輛交通、能源動力、電子電器、生物工程、船舶水利、環境工程和體育工程等領域有廣泛應用。軟件現推出新版本2022 R1，此版本豐富了電子散熱仿真模型，增加了全新的燃燒模型和熱輻射模型，更新和豐富了軟件后處理及監控功能，并優化了智能加速、智能預測功能。
豐富電子散熱子模型
有效散熱對于電子產品的穩定運行和長期可靠性而言至關重要。隨著電子設備的小型化趨勢的持續增加，設備內流動空間被大幅壓縮，從而限制了對流散熱的范圍。傳統的CFD散熱分析已無法滿足電子產品設計行業需求，為了滿足各類工程散熱仿真需求，AICFD 2022R1在1.1版本基礎上豐富了電子散熱模型，增加子模型如下:
（1）域內風扇：用于模擬計算域內風扇模型，可選擇某計算域作為整個風扇模型，用戶也可以自定義風扇模型及其位置。
（2）PCB模型：PCB專用模型，可以設置PCB相關的多種參數：導電層覆蓋率、絕緣層穿孔大小、各層厚度等，通過計算PCB各層導熱率的方式簡化工業領域真實的印制電路板，達到近似模擬電路板傳熱的效果。
（3）
熱管：
作為電子散熱領域重要的散熱元件，具有高效的傳熱屬性，利用相變傳熱原理，達到快速傳熱的目的，此版本提供了雙熱阻模型。
（4）熱阻、熱沉：通過指定對應計算域的熱物理屬性來定義不同熱導率（包含各向異性）、比熱容的導熱介質。
展開 
智能熱流體仿真軟件AICFD 2024R1新版本功能介紹
AICFD是由天洑軟件自主研發的一款通用的智能熱流體仿真軟件。軟件引入AI技術，具備智能問答、智能加速、智能預測等特色功能，解決用戶在傳統CFD軟件中遇到的“網格劃分繁、求解設置難、仿真計算慢”等痛點，使設計師和工程師可以專注于業務本身，從而提升產品設計迭代效率。
一、AICFD的功能和特色
● 交互式前處理：軟件利用智能算法建立熱流體基礎理論與工程應用實踐的映射，幫助用戶在通俗易懂的交互式問答中完成前處理設置；
● 智能求解加速：軟件利用特征識別、時序預測等機器學習算法，實現跳躍式迭代求解，大幅提升仿真效率；
● 智能預測仿真：軟件基于歷史仿真數據生成AI降階模型，實現三維流場的秒級預測，讓快速設計-仿真-優化迭代和三維場數字孿生成為可能；
● 一體化仿真流程：軟件經過多年工程實踐打磨，支持“幾何、網格、求解、后處理”一體化操作流程，滿足汽車、船舶、能源、旋轉機械等領域仿真需求；
● 全面的流體和傳熱求解能力：軟件核心求解器具有完整的自主知識產權，求解范圍覆蓋單相流、共軛傳熱、多相流、氣動噪聲、燃燒、多旋轉坐標系、熱輻射等，求解精度高，計算效率高。
二、版本更新介紹
AICFD 2024R1在前后處理、求解精度和計算效率方面均有更新和提升 ，具體包括：
1. 前后處理
01.“前前處理”模塊全新發布：交互式問答中完成求解設置，確保零基礎也可以用好CFD；
02.幾何網格模塊全新升級：擴大網格類型兼容范圍、豐富網格劃分工具箱、提升網格處理效率與規模上限；
03. 后處理模塊新增探針、自由切面等功能。
2.
展開 CFD基礎課程系列：第五章（3）
雷諾數越大的流動，粘性的影響就越小，進而最小渦流的尺度就越小，仿真的網格密度就需要越大。3維DNS法所需的網格數可以由下式來預估。
(6)
N是網格數，Re是瑞諾數。如圖5.26所示，用式（6）來預估幾種典型仿真所需要的網格數。
圖5.26 雷諾數與網格數的關系
從圖5.26可知，即便是雷諾數較低的流動，需要數千億以上的網格規模。
根據目前計算機的計算速度和內存，用DNS求解規模如此龐大的計算問題并不容易。因此DNS大多數用在以研究目的的情況。工程問題的實用計算主要還是采用前述的RANS和LES方法。
編后記
這個CFD基礎課程連載系列分9次將熱流體仿真相關的概念，思想方法做了介紹。感謝讀者一直支持和閱讀這個連載。
近年來，隨著計算方法和計算機性能的日新月異，熱流體仿真軟件已經成為設計/開發/制造工藝不可或缺的工具之一。而且，在日常業務中需要進行熱流體仿真的設計人員，工程師也在不斷增加。學好用好熱流體仿真軟件并不容易，希望這個連載能幫助那些剛剛開始，或者將要開始進行熱流體仿真的工程師加深對熱流體仿真的概念和思想方法的理解，并從中獲益。
展開 動力電池熱管理仿真分析教程
自2019年10月10日起，我將在平臺發布《新能源汽車PACK熱流場分析進階16講》。
當前我已經更新到第15期，感興趣的朋友可以關注和訂閱，微信：fxy331386375或加動力電池交流群：701157725
一起交流學習和進步本人提供資料模型和學習答疑，希望對學習型工程師有所幫助吧！學習鏈接https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14059
一、為什么要做汽車熱流場仿真分析
動力電池是電動汽車的能量來源，在充放電過程中電池本身會產生一定熱量，從而導致溫度上升，而溫度升高會影響電池的很多特性參數，如內阻、電壓、SOC、可用容量、充放電效率和電池壽命。高溫將大大降低電池的日歷壽命，從而影響到整車的性能和使用壽命。溫度過低也會使得動力電池容量下降，充電時間過長，從而影響電動車的性能。
鋰電池Pack設計中往往會借助熱流體仿真分析來輔助工程師完成pack熱管理系統設計，
借助熱流體仿真分析工具，大部分的Pack熱管理設計工作和部分測試工作都可以在電腦上完成。大量的設計、制造、測試工作可以被省略，Pack設計的成本也會大幅度下降。
本課程案例：基于目前市場上主流的動力電池的熱管理設計都是采用液冷設計，本案列以采用液冷的方式對新能動力電池進行液冷或液熱，以ANSYS-SCDM軟件做為電池包PACK建模的前處理器，以STAR-CCM+軟件作為液冷系統流場仿真和PACK熱場仿真的求解器，建立了液冷系統流場仿真和PACK熱場仿真分析模型，最終實現了動力電池在低溫停車加熱工況，常溫行車、高溫行車工況PACK內部電池溫度變化情況，提出合理的對仿真結果評估的方法
本課程不僅僅是關于動力仿真流程學習課程，同時也是對新能源汽車動力電池熱管理技術設計經驗分享課程。
展開 STAR-CCM+&Amesim聯合仿真的液冷電池包熱管理
公眾號：新能源汽車熱管理仿真技術，關注，可領取更多熱管理方面資料。
同時本人也在技術鄰平臺更新新能源動力電池熱管理仿真和設計課程如下
1、 基于starccm+在動力電池熱管理仿真技術應用、
2、新能源汽車PACK熱流體仿真進階20講
3、新能源動力電池熱管理設計入門到進階23講
4、 Hypermesh網格劃分-精講進階視頻教程
5、有限元分析ANSA19.0視頻教程零基礎入門到精通50講
6、Hypermesh軟件CAE流體網格劃分CFD前處理
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