搜索FLUENT單電池放電過程模擬
2017-08-15 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
本案例演示鋰離子電池放電問題的模擬過程。案例模型如下圖所示。
案例中,選后采用NTGK、ECM和Newman三種電化學模型對同一電池幾何模型進行計算分析。
FLUENT電池模擬特點:
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MSMD(Multi-Scale Multi-Dimension)電池模型可以自動探測電池的連接模式
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完全耦合流體、熱和電化學
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穩健的計算過程(速度,穩定性)
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三種不同的電化學模型,既有基于經驗公式又有基于物理模型
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不同的操作條件
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指定電壓、電流、充電速率,或功率
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動態電流曲線,電池充電/放電
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可以輸入I、V和P的曲線
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各向異性材料性質
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為用戶提供定制工具來實現非標準模型相關功能
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詳細的后處理
1、啟動FLUENT并導入網格
(1)在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 18.1→Fluid Dynamics→FLUENT 18.1命令,啟動FLUENT 18.1。
(2)在FLUENT Launcher界面中的Dimension中選擇3D,在Display Options中勾選Display Mesh After Reading,Embed Graphics Windows和Workbench Color Scheme,單擊OK按鈕進入FLUENT主界面。
(3)在FLUENT主界面中,單擊主菜單中File→Read→Mesh按鈕,彈出Select File(導入網格)對話框,選擇文件名為unit_battery.msh的網格文件,單擊OK按鈕便可導入網格。
(4)導入網格后,在圖形顯示區將顯示幾何模型。
(5)單擊主菜單中Mesh→Check按鈕,檢查網格質量,確保不存在負體積。
(6)單擊主菜單中File→Write→Case按鈕,彈出Select File(保存項目)對話框,在Case File中填入battery,單擊OK按鈕便可保存項目。
2、調入MSMD電池模型
(1)在文本信息區,依次輸入以下指令
> define
/define> models
/define/models> addon-module
Fluent Addon Modules:
0. None
1. MHD Model
2. Fiber Model
3. Fuel Cell and Electrolysis Model
4. SOFC Model with Unresolved Electrolyte
5. Population Balance Model
6. Adjoint Solver
7. Single-Potential Battery Model
8. Dual-Potential MSMD Battery Model
9. PEM Fuel Cell Model
10. Macroscopic Particle Model
Enter Module Number: [0] 8
(2)輸入8,選擇導入MSMD電池模型。一旦MSMD電池模型被加載,MSMD電池模型將出現在模型樹中。
3、定義求解器
(1)單擊主菜單中Define→General按鈕,彈出General(總體模型設定)面板。在Solver中,Time類型選擇Transient。
(2)在模型設定面板雙擊Energy按鈕,彈出Energy(能量模型)對話框,勾選Energy Equation激活能量方程,單擊OK按鈕確認。
(3)在模型設定面板雙擊MSMD Battery Model按鈕,彈出MSMD Battery Model(MSMD電池模型)對話框,勾選Enable the battery model激活MSMD電池模型。
(4)在Conductive Zones選項卡中,按照下圖進行選擇。注意:對于這種單電池的情況,沒有母線區,因此不需要特別設定。
(5)在Electric Contacts選項卡中,按照下圖進行選擇。
(6)在Electric Contacts選項卡中,點擊Print Battery System Connection Information按鈕,將在文本信息框中顯示如下信息。確認后,點擊OK按鈕關閉MSMD電池模型對話框。
4、設置材料
(1)單擊主菜單中Define→Materials按鈕,彈出Materials(材料)面板。在材料面板中,點擊Create/Edit按鈕便可彈出Create/Edit Materials(物性參數設定)對話框。
(2)在物性參數設定對話框中,按照以下參數設定新物質e_material。
a.Material Type選擇solid
b.Name中輸入e_material,Chemical Formula中輸入e
c.Density中輸入2092
d.CP (Specific Heat)中輸入678
e.Thermal Conductivity中輸入18.2
f.UDS Diffusivity選擇define-per-uds,在彈出的UDS Diffusivity Coefficients對話框中,設定uds-0的Coefficient為1.19e6,uds-1的Coefficient為9.83e5
(3)點擊Change/Create按鈕完成新物質的設定。
(4)單擊FLUENT Database按鈕,彈出所示FLUENT Database Materials(材料數據庫)對話框。在Material Type中選擇solid,在FLUENT Solid Materials中選擇copper,單擊Copy按鈕確認,單擊Close按鈕退出。
(5)在物性參數設定對話框中,按照以下參數修改copper設定新物質p_material。
a.Material Type選擇solid
b.Name中輸入p_material,Chemical Formula中輸入pmat
c.UDS Diffusivity選擇user-defined,在彈出的User-Defined Functions對話框中,選擇battery_e_cond::msmdbatt,點擊OK按鈕確認。
d.Electrical Conductivity中輸入1.0e7,點擊Change/Create按鈕完成新物質的設定。
(6)在物性參數設定對話框中,按照以下參數設定新物質n_material。
a.Material Type選擇solid
b.Name中輸入n_material,Chemical Formula中輸入nmat
點擊Change/Create按鈕,在彈出的Question對話框中,單擊No按鈕創建新物質。
5、設置計算域
(1)單擊主菜單中Define→Cell Zone Conditions按鈕啟動Cell Zone Condition(區域條件)面板。
對應e_zone、tab_pzone和tab_nzone在Material Name中選擇相應的e_material、p_material和n_material。
6、邊界條件
(1)單擊主菜單中Define→Boundary Conditions按鈕啟動的邊界條件面板。
(2)在邊界條件面板中,雙擊wall_active彈出邊界條件設置對話框。
在Thermal選項卡中,Thermal Conditions選擇Convention,在Heat Transfer Coefficient中輸入5,單擊OK按鈕確認退出。
(3)在邊界條件面板中,單擊Copy按鈕彈出Copy Conditions(邊界條件復制)對話框。
在From Boundary Zone中選擇wall_active,在To Boundary Zone中選擇wall_p和 wall_n,單擊Copy按鈕完成復制。
7、求解控制
(1)單擊主菜單中Solve→Methods按鈕,彈出Solution Methods(求解方法設置)面板。
(2)單擊Equations按鈕,彈出Equations(方程)對話框,取消選擇Flow,單擊OK按鈕確認。
(3)單擊主菜單中Solve→Monitors按鈕,彈出Monitors(監視)面板,雙擊Residuals-Print, Plot便彈出Residual Monitors(殘差監視)對話框,在Convergence Criterion中選擇none。
(4)在Surface Monitors下單擊Create按鈕彈出Surface Monitor(表面監視)對話框。
勾選Plot,在Report Type 中選擇Area-Weighted Average,在Field Variable中選擇User Defined Scalars和Potential Phi+,在Surface中選擇tab_p,單擊OK按鈕確認。
(5)在Volume Monitors下單擊Create按鈕彈出Volume Monitor(體積監視)對話框。
勾選Plot,在Report Type 中選擇max,在Field Variable中選擇Temperature和Static Temperature,在Cell Zones中選擇全部,單擊OK按鈕確認。
8、初始條件
單擊主菜單中Solve→Initialization按鈕,彈出Solution Initialization(初始化設置)面板。
Initialization Methods中選擇Standard Initialization,單擊Initialize按鈕進行初始化。
9、計算求解
單擊主菜單中Solve→Run Calculation按鈕,彈出Run Calculation(運行計算)面板。
在Time Step Size中輸入30,No. of Time Steps中輸入100,單擊Calculate開始計算。
10、結果后處理
(1)在Graphics下雙擊Contous彈出Contous(等值線)對話框。
Contous of選擇User Defined Scalars和Potential Phi+,在surfaces中選擇tab_p,wall_active和wall_p,單擊Display按鈕,顯示云圖。
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