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因此，在 STAR-CCM+中，模擬對流換熱系數(shù)的概念核心來源于標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)( standard wall！function，SWF)，熱流密度的公式為公式中的參數(shù)解釋如下：聯(lián)立公式(1)和(2)即可求得對流換熱系數(shù)。對流換熱系數(shù)總是與參考溫度成對出現(xiàn)的，不能只說對流換熱系數(shù)而不說明參考溫度。

仿真模型導(dǎo)語據(jù)悉，為研究鋰離子電池?zé)崽匦詸C(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。

根據(jù)用戶們向Ansys流體技術(shù)團(tuán)隊(duì)反饋的在自然對流冷卻仿真過程中存在的問題，Ansys工程師做了系統(tǒng)的解答匯總。以下知識點(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，希望對大家有所幫助。

PISO算法適用于對流Courant數(shù)較小的瞬態(tài)問題。因此，對于可以使用大時(shí)間步長的問題中（例如獲取穩(wěn)態(tài)解），可以使用SIMPLE算法；但是對于需要使用小時(shí)間步長和更高時(shí)間精度的問題，使用PISO算法。 分離求解器源于恒密度流。雖然它可以處理輕微的可壓縮流動和低瑞利數(shù)的自然對流，但不適合于激波捕捉、高馬赫數(shù)和高瑞利數(shù)的應(yīng)用。

下面的屏幕截圖描述了一些用于模擬電子外殼自然對流驅(qū)動冷卻的預(yù)處理元素，包括通過外殼壁的耦合傳熱。兩個(gè)部分已經(jīng)被導(dǎo)入，一個(gè)盒子代表周圍的空氣和外殼本身。透明顯示的遠(yuǎn)場空氣邊界將被分配為非壁面邊界條件，在進(jìn)行布爾相減之前，將空氣表面的其余部分分離。這個(gè)操作定義了一個(gè)新的部分，叫做airminussolid，然后提升到一個(gè)區(qū)域并分配到相關(guān)的物理連續(xù)體。附件部分也是如此。

圖1：水泵的流道結(jié)構(gòu)（左）以及 STAR-CCM+ 沿中心平面的計(jì)算網(wǎng)格（右） STAR-CCM+ 采用分離流求解器，同時(shí)結(jié)合二階對流差分格式以及 SST K-ω 湍流模型。啟用多相流（VOF）模型捕捉水和水汽之間的交界面，選擇Rayleigh-Plesset 空化模型進(jìn)行空化模擬?；趨⒖键c(diǎn)給定進(jìn)口總壓力條件并指定進(jìn)口和出口的質(zhì)量流量。

自然對流式自然對流式熱管理方案利用電池箱內(nèi)的空氣自然對流進(jìn)行散熱。該方案成本較低，但對環(huán)境要求較高，且可能會影響電池性能。強(qiáng)制對流式強(qiáng)制對流式熱管理方案通過設(shè)置風(fēng)扇等設(shè)備，強(qiáng)制電池箱內(nèi)的空氣進(jìn)行對流，提高散熱效率。該方案適用于對散熱要求較高的場合，但需要考慮風(fēng)扇等設(shè)備的能耗和噪音問題。

四種冷卻方式的冷卻效率的對比如表，液冷和直冷的冷卻效率比自然冷卻和強(qiáng)制風(fēng)冷高出幾個(gè)量級。此外，除了冷卻效率之外，還需要綜合考慮冷卻均勻性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、成本和能耗等因素。1）自然冷卻系統(tǒng)自然冷卻是利用空氣的自然對流換熱，將Pack、模組或電池單體的熱量傳遞到周圍空氣中，從而在一定程度上降低電池單體的溫度。

目前市面上的新能源車電池，主要有4種電池冷卻方式，分別是自然冷卻、風(fēng)冷和液冷、直冷這四種。汽車電池?zé)峁芾砝鋮s方式介紹自然冷卻自然冷卻是最基礎(chǔ)和最簡單的冷卻方式，?是依賴環(huán)境溫度進(jìn)行散熱的被動方式，?利用空氣的自然對流來散熱，不需要額外的能源輸入。?這種方式優(yōu)點(diǎn)是成本低、?無能耗且不需要額外空間，?缺點(diǎn)是散熱效率較低，?適用于早期的新能源車型。??

3.1 自然對流散熱圖2為自然對流條件下，電池模塊艙段中心截面的溫度氣流分布，其中電池模塊中上部的紅色區(qū)域溫度最高，最高可達(dá)63.4℃，電池模塊溫度沿中心向外逐漸降低，且底部電池單元的溫度比頂部電池單元的溫度低，最低約51℃。

2圖是選擇管道避免的熱特性，同樣，在下面的菜單中可以看見諸多選項(xiàng)，絕熱，對流等，選擇即可。 接下來就是設(shè)置求解相關(guān)的選項(xiàng)了。在1圖左側(cè)顯示的stoping critiaria 中顯示的就是計(jì)算停止條件，可以設(shè)置成計(jì)算多少步后停止，也可以設(shè)置成其他條件。2圖顯示的則是結(jié)果的可視化處理。

垂直和水平排列的兩個(gè)矩形空腔中的自然對流。 自然對流的求解相當(dāng)復(fù)雜，可查看文章： 使用 COMSOL 模擬自然對流的不同方法 。因此，我們希望找到一個(gè)更簡單的替代方案。在傳熱模塊中，可以選擇使用當(dāng)量對流熱導(dǎo)率特征。使用這個(gè)功能時(shí)，空氣的有效熱導(dǎo)率根據(jù)水平和垂直矩形空腔的關(guān)聯(lián)式而增加，如下圖所示。 對流特征和設(shè)置的等效電導(dǎo)率。

多孔介質(zhì)中的自然對流和傳熱研究在地?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)部自然對流與傳熱過程的方法。

在1 C 放電倍率下，電池組產(chǎn)熱量為2 kW，電池箱外表面與外界空氣的自然對流換熱系數(shù)為10 W/(m2 ·K)，環(huán)境溫度設(shè)置為20 ℃，冷卻液入口質(zhì)量流量Qin 為0.25 kg/s 和入口溫度為20 ℃工況下，壓力出口設(shè)定相對壓力為0.0 Pa，采用湍流模型進(jìn)行計(jì)算。本文采用8 個(gè)不同數(shù)量網(wǎng)格對模型進(jìn)行了網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證。

瑞利數(shù)和自然對流在自然對流中，流動是由浮力驅(qū)動的。通常情況下，浮力是由于溫度差異而產(chǎn)生的，但濃度梯度也可能是驅(qū)動機(jī)制。自然對流在地球科學(xué)中發(fā)揮著重要的作用。在地球的外核，自然對流產(chǎn)生地球的磁場，在大氣層中，它決定了世界的氣候。由于自然對流（例如在建筑物理學(xué)或電子設(shè)備中）引起的冷卻通常使用傳熱系數(shù)進(jìn)行建模，傳熱系數(shù)是通過實(shí)驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算確定的。