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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。

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。

因此，對(duì)水下航行器的電池艙段進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)及仿真分析，對(duì)保證水中裝備鋰電池組的安全可靠工作具備重要意義。本文以水下航行器電池艙段為研究對(duì)象，利用Icepak有限元分析軟件對(duì)不同條件下艙內(nèi)空氣自然對(duì)流散熱和風(fēng)冷散熱的電池艙段溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，得到不同風(fēng)機(jī)功率、風(fēng)機(jī)方向、電池單元間隙條件下電池艙段內(nèi)部的溫度氣流分布，分析了電池艙段內(nèi)部傳熱特性，并研究了影響電池艙段溫度場(chǎng)的主要因素。

畢竟，CFD 仿真具有一定的困難，因?yàn)榱鲃?dòng)的性質(zhì)仍未完全了解。COMSOL 軟件提供了使用最新數(shù)值技術(shù)模擬所有流態(tài)的接口。COMSOL案例庫(kù)中的示例模型可以幫助您了解哪種接口適合您的應(yīng)用。

2.自然對(duì)流散熱：詳細(xì)講解自然對(duì)流散熱的原理及計(jì)算方法，并列舉實(shí)際應(yīng)用案例。3.常用散熱方法：包括風(fēng)冷、水冷、熱管等方法的基本原理、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。4.散熱材料的選擇：介紹各種散熱材料的特性和應(yīng)用場(chǎng)景，幫助大家選擇合適的散熱材料。5.具體案例分析：通過(guò)計(jì)算機(jī)硬件、電子設(shè)備和LED等不同領(lǐng)域中的散熱問(wèn)題及解決方法的分析，加深大家對(duì)散熱技術(shù)的理解。

上述兩種情況的模擬結(jié)果如下圖所示，這些圖像是通過(guò)求解溫度分布和氣流獲得的。 垂直和水平排列的兩個(gè)矩形空腔中的自然對(duì)流。 自然對(duì)流的求解相當(dāng)復(fù)雜，可查看文章： 使用 COMSOL 模擬自然對(duì)流的不同方法 。因此，我們希望找到一個(gè)更簡(jiǎn)單的替代方案。在傳熱模塊中，可以選擇使用當(dāng)量對(duì)流熱導(dǎo)率特征。

多孔介質(zhì)中的自然對(duì)流和傳熱研究在地?zé)嵯到y(tǒng)、隔熱材料、食品加工以及化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)等領(lǐng)域具有重要意義。本文介紹了一種基于COMSOL Multiphysics軟件建立多孔介質(zhì)幾何模型并模擬其內(nèi)部自然對(duì)流與傳熱過(guò)程的方法。

2.2冷端仿真計(jì)算仿真條件設(shè)置：環(huán)境溫度為20℃，冷卻方式為對(duì)流換熱，流道為三管程蛇形流道設(shè)計(jì)，熱源為1000W。冷端仿真計(jì)算得到的仿真結(jié)果如圖6—圖8所示。從圖中可以看出，在制冷/制熱工況下，板式換熱器都能與工作介質(zhì)進(jìn)行有效對(duì)流換熱。

FEA（有限元分析）求解器是用于熱傳導(dǎo)電熱耦合分析的，該方法以傳熱系數(shù)為邊界條件，以簡(jiǎn)化的方式考慮對(duì)流和輻射效應(yīng)，詳細(xì)模擬固體內(nèi)部的傳導(dǎo)問(wèn)題，可以在短時(shí)間內(nèi)獲得高精度的熱傳導(dǎo)分析結(jié)果。另一種CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）求解器用于熱對(duì)流和熱輻射模擬，通過(guò)流體流動(dòng)的實(shí)際模擬（如風(fēng)扇吹過(guò)PCB上的空氣）進(jìn)行對(duì)流和輻射的詳細(xì)建模，但該方法在處理傳導(dǎo)問(wèn)題時(shí)，要求盡量簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，所以達(dá)不到FEA的求解精度和效率。

第二階段罐體內(nèi)的氣流形成自然對(duì)流，溫度逐步升高，最終和環(huán)境一致達(dá)到熱平衡。 搭建一維CFD模型模擬氣體充放過(guò)程， Generic Fixed Volume模擬固定容積的罐體，Orifice模擬孔板，采用真實(shí)氣體模擬氦氣的熱力學(xué)狀態(tài)變化。

FEA（有限元分析）求解器是用于熱傳導(dǎo)電熱耦合分析的，該方法以傳熱系數(shù)為邊界條件，以簡(jiǎn)化的方式考慮對(duì)流和輻射效應(yīng)，詳細(xì)模擬固體內(nèi)部的傳導(dǎo)問(wèn)題，可以在短時(shí)間內(nèi)獲得高精度的熱傳導(dǎo)分析結(jié)果。另一種CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）求解器用于熱對(duì)流和熱輻射模擬，通過(guò)流體流動(dòng)的實(shí)際模擬（如風(fēng)扇吹過(guò)PCB上的空氣）進(jìn)行對(duì)流和輻射的詳細(xì)建模，但該方法在處理傳導(dǎo)問(wèn)題時(shí)，要求盡量簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，所以達(dá)不到FEA的求解精度和效率。

通過(guò)云圖、矢量圖、流線等方式對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行可視化的分析，包括：溫度場(chǎng)結(jié)果云圖分布：圖17溫度分布結(jié)果由于溫度差異引起的自然對(duì)流與自然對(duì)流的換熱效果：圖18自然對(duì)流效果分析從以上的分析結(jié)果可以得到，在開(kāi)放環(huán)境與額定工況下逆變器內(nèi)部最高溫度355K（82℃左右），外殼最高溫度325K（52℃左右），并獲得外殼上的自然對(duì)流流速度與強(qiáng)度

一些對(duì)流的表面系數(shù)如下：空氣自然對(duì)流一般是3~10，空氣強(qiáng)制對(duì)流是20~100，水自然對(duì)流是200~1000，水強(qiáng)制對(duì)流是1000~15000，水沸騰時(shí)2500~25000，相變是10000~1000003. 輻射物體通過(guò)電磁波來(lái)傳遞能量的方式稱為輻射。因熱的原因發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。

求解計(jì)算</p><p class="ql-align-justify">伏圖-電子散熱模塊采用有限體積法求解器，支持流熱耦合計(jì)算，提供高精度的離散計(jì)算方法以及高保真的仿真模擬。它具備層流與湍流求解功能，可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)流動(dòng)傳熱分析，支持多種散熱場(chǎng)景的分析，如固體導(dǎo)熱、自然對(duì)流、輻射、強(qiáng)制風(fēng)冷、液冷等，并支持百核以上的高效并行計(jì)算。經(jīng)過(guò)算法重構(gòu)和云計(jì)算技術(shù)加持，其仿真偏差可控制在±2℃以內(nèi)。

然而，對(duì)于實(shí)際工程問(wèn)題，由于基于可壓縮CFD模擬的薄膜模態(tài)分解可以準(zhǔn)確過(guò)濾聲壓波動(dòng)，因此可以通過(guò)從總壓力中減去，即使用推導(dǎo)出的對(duì)流壓力波動(dòng)，獲得可靠的對(duì)流壓力脈動(dòng)。或者，對(duì)流壓力波動(dòng)也可以通過(guò)不可壓縮CFD模擬直接計(jì)算。所有這些描述的解決方案為進(jìn)一步計(jì)算車輛內(nèi)部噪聲提供了可靠的激勵(lì)源。

對(duì)流烤箱除了輻射外還使用強(qiáng)制對(duì)流，以加熱食物。在這個(gè)案例中，我們不對(duì)輻射進(jìn)行建模，而是關(guān)注關(guān)于比較由于自然對(duì)流而發(fā)生的熱傳遞（在傳統(tǒng)烤箱）和強(qiáng)制對(duì)流（在對(duì)流烤箱中）。目標(biāo) 比較兩個(gè)烤箱將餅干加熱到溫度200℃時(shí)所需要的時(shí)間； 比較餅干在兩種設(shè)置的烤箱中，餅干中的溫度分布的均勻性。

2 常規(guī)所遇的熱仿真設(shè)計(jì)重點(diǎn) 幾何模型處理及導(dǎo)入(Ansys Spaceclaim) 熱及流理論計(jì)算－導(dǎo)熱 (傳導(dǎo)熱，包含通過(guò)PCB組件及Trace的能量)－對(duì)流 (自然對(duì)流/強(qiáng)制對(duì)流，包含風(fēng)扇處理)－輻射 (吸收/散射/放射/反射/穿透，包含太陽(yáng)輻射效應(yīng)