Fluent热流场仿真分析攻略

仿真有限元分析优化设计CAE代做咨询电话02759102656，

加微信15527309811咨询报价，仅需100元起步

该电池包采用的冷却方式为箱体底部集成液冷系统，将所有液冷板放置于电池模组下部，通过导热硅胶进行热传导。模组内部结构复杂，为了提高计算效率，不考虑电池内部结构，假设电池内部材料物理属性相同，在相同方向上导热系数相同。

整个电池系统采用1p39s，单个电芯选用50Ah三元电芯，总的电量为7.02Kwh，电池1C放电发热量为6W比热容1033J/(kg·℃)质量为0.95KG电芯的外形尺寸为91*27.7*148.2三个方向的导热系数分别为17.4、5.3、23。

3D前处理模型

网格模型

二、仿真工况要求

• 模组常温自然散热工作，电芯1c放电，发热量参考下表，环境温度25℃，初始温度*℃。
• 高温高速行车工况，模拟夏天高速行车恶劣情况，进口的温度设置为*，进口流量* ，电芯1c放电，发热量参考下表，环境温度40℃，初始温度40℃。
• 常温行车工况，模拟常温高速行车情况，初始温度25℃，环境温度25℃，当ntc监测Tmax≥*℃，开启液冷，开启后，如果温度降到ntc监测Tmin≤*℃，关闭液冷，进口流量 *，温度25℃，电芯1c放电，发热量参考下表。
• 低温液热加热 快充工况，模拟冬天液热系统边加热边充电的使用情况，进口的温度设置为35℃，流量为*，环境温度-20℃，初始温度-20℃，箱体外对流换热系数*，加热到ntc监测Tmin≥*℃，关闭加热，电芯1C充电，发热量参考下表。
• 低温加热膜加热 快充工况，模拟冬天加热膜系统边加热边充电的使用情况，环境温度-20℃，初始温度-20℃，加热到ntc监测最低温度*需要的时间，加热膜的功率密度*和*W/CM2
• 常温风冷散热，模拟风冷电池包常温情况下的散热情况，风扇流量*，进口温度*℃，环境温度25℃, 开启1C充电，发热量参考下表。
• 低温保温，模拟冬天停车后再启动电池的温度情况，环境温度-20℃，初始温度*℃。保温*小时，cell温度大于*℃。

三、仿真设置

1、在Model中选择计算所需要的物理模型，本算咧需要打开能量模型和湍流模型。

物理模型选择

2、材料设置主要包括材料的名称、种类、物性参数等，可以调用Fluent默认材料库中的材料和外部材料文件，也可新建材料，并且可以导出材料库。对体进行材料选择，依据所选的物理模型还可以定义体为源项等其他参数，对不同的体赋予材料时，复 制命令非常实用，特别适合区域数量较多的情况，同类区域可以互相复 制，省去了很多重复性操作。

材料设置界面

3、对模型进行边界条件设置，选择边界类型，根据所选的物理模型，分别设置不同模型对应的边界参数， 本算咧进口流量为15g/s，进口温度25℃，

边界条件设置

4、在电芯和的导热垫间设置接触热阻，热阻为10e-3(m·k）/w，电芯的大面和侧面导热面积较大且位于关键的导热路径下，用shell单元代替其薄壁件，最后需要在箱体外面设置对流换热系数。不同的工况，对流换热系数也不同。

5、对求解器进行设置，通常Fluent的默认选项对大部分算例都适用，只是可能并非最佳选择，本算例采用Coupled算法。

6、监测曲线:仿真计算时，对于仿真过程中的重要的参数，需要设置监测，一方面可以在仿真的过程中判断收敛行，同时也为后处理提供大量的仿真数据。如下设置NTC温度的监测曲线。

求解前需要进行初始化,。设置求解保存、步骤和停止条件等

四、结果评估

常温工况是指在春秋25℃情况下，电池初期未达到开启冷却系统的温度条件，当电芯持续放热，最高温度的达到38℃时，开启液冷系统，冷却液进口温度设置为25℃，当温度降到30℃以下时，关闭液冷系统。

如下图为电芯导电排NTC处的温度变化曲线下图，初始温度为25℃，在全程3600s放电过程中主要分为两个阶段，在0-2905s，没有开启液冷系统，2905-3600s开启液冷系统，从图中可以看出，开始液冷时候并不是电芯温度最高的时候，主要是由于热惯性和电芯本身热阻较大，导致位于电芯最上面温度在开始液冷系统后温度继续上升。在放电末端电芯温度出现抖动现象，从电芯的发热量可以发现，在放电末端发热量较大且波动较大，导致电芯也出现类似的温度波动情况。

如下图为电芯温度云图，在未开启液冷时，整个电芯温度分不呈现中间高，两端低，主要由热累计导致的。在开始液冷系统后，整个电芯温度为进口侧温度低于出口侧温度，主要由于冷却液冷却进口出口冷却效率不一致导致的，从温差曲线也可看出，第一阶段温差较小，开启液冷后，温差增大，整个过程，温差低于5℃。

下图为液冷系统压力和速度云图，系统压降1503pa，流道内部压力变化均匀，压力突变主要在进出口，如优化流阻，可优化进出口。

流道内部主要流速0.2m/s，内部速度较小，流道可进一步优化，如减小流道解密，提高流速，提高冷却效果。

从冷却液的云图可知，冷却液的从进出口的温差8.4℃。