STAR-CCM+与Fluent在热管理仿真中的性能对比

整个模型包括5和50AH三元电芯,电芯底部采用液冷冷却方式,进口流量为0.01kg/s,环境温度30℃,初始的温度30℃,假设单个电芯的发热量为20000W/M3


设置网格参数,设置基本尺寸为10mm,最小网格尺寸为1mm,边界层设置3层,体网格的最大单元设置为10mm,网格数量为1417917,具体的网格质量参数如下所示,Face validity>1,Volume change>1e-2,网格质量较好,满足计算的要求。


设置体网格,体网格的最大单元设置为8mm,其它保持默认4.27min后体网格划分结束,网格数量为1234916,网格正交比>0.2,具体的网格质量参数如下所示,满足计算的要求




定义材料参数如下表所示:定义好材料参数后,把每个材料赋予到对应的模型上去,电池的能量密度为20000W/M3,对于相同材料的模型可以采用copy方式去赋予材料效率更高

密度比热导热系数
2719871202.4
Cell230093018.5/18.5/1.5
导热垫24209672
Hyb18005500.2



定义边界条件:

设置进口边界条件为质量流量进口,流量为0.1Kg/s,进口的温度25℃,出口的边界条件为压力出口,


设置监测包括:

在计算的过程通过设置的监测数据,判断计算的是否收敛,一般监测的参数都是在仿真中比较关系的参数,比如温度,压力参数等。下图设置了监测每个电芯的最高温度,冷却流道压降参数。


初始化:

求解前需要进行初始化。设置求解保存、步骤和停止条件等。进行过初始化后,即可计算面和体等相关的参数,如面积、体积等。


结论:

Sarccm计算迭代了1360步,任然达到10e-3收敛标准,但是查看监测的数据已趋于稳定,可继续计算一段时间,演示计算这里位置。电池的最高温度35.1℃,系统压降35.1pa流道出口温度25.8℃

Fluent计算迭代了136步,达到10e-3收敛标准,但是查看监测的数据已趋于稳定,可认为收敛了。电池的最高温度34.8℃,流道压降42pa,流道出口温度25.9℃

从计算的速度来看Fluent的收敛速度远远优于starccm,两个软件在电池最高温度计算结果相差0.3℃,还是可以接受的,但是流阻相差近7pa,不知道是否由于计算设置问题,文末有计算源文件,欢迎大家计算验证比较。


Fluent                              


                     

Starccm



Fluent                                                    


Starccm




  • 更多考虑点:

上文动力电池热管理仿真为粗略的仿真方法,模型还是比较小,需要处理和注意的细节相对较小,仿真的方法还需进一步的优化,本次仿真未考虑,热阻、随时间变化发热功率,导电排,极柱的欧姆热、随温度变化的材料参数等等因素。





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