Fluent仿真实例-NTGK电池子模型仿真电池组的放电过程
1. 问题描述
此问题考虑了一个小的1P3S电池组，即三个电池串联连接。见下图：
电池组的放电过程在200瓦的恒定功率下进行。电池的名义容量为14.6 Ah。
本仿真需要为电池单元（活性材料）创建材料，并使用用户定义的标量（UDS）定义活性材料的电导率。需要为母线和极耳（被动材料）创建材料，并使用提供的用户定义函数（UDF）定义被动材料的电导率。本仿真将使用NTGK电池子模型在恒定功率条件下模拟放电过程。
2. 启动Fluent
1.从文章底部下载battery_pack.zip文件（腾讯微云）。
2.将battery_pack.zip解压到工作目录，找到网格文件1P3S_battery_pack.msh。
3.使用Fluent启动器启动ANSYS Fluent。
4.在左上角的选择列表中选择Solution以在Solution Mode中启动Fluent。
5.在Dimension下选择3D。
6.在Options下启用Double Precision。
3. 读取网格
1.读取网格文件1P3S_battery_pack.msh。File → Read → Mesh...
2.缩放网格。Domain → Mesh → Scale a. 在Scale Mesh对话框中，在Scaling组中选择Specify Scaling Factors。b. 在Scaling Factors组中，将X、Y和Z输入为0.1。c. 点击Scale并关闭Scale Mesh对话框。d. 在图形窗口中右键单击，然后选择Refresh Display。e. 点击Fit to Window图标，以适应并居中图形窗口中的网格。
3.检查网格。Domain → Mesh → Perform Mesh Check
4.模型设置
1.瞬态计算。Setup → General → Transient
2.启用电池模型。Physics → Models → More → Battery Model
a. 在Battery Model对话框中，选择Enable Battery Model。
b. 在Model Options极耳页配置以下电池操作条件：i. 在E-Chemistry Models下，启用NTGK经验模型。ii. 在Electrical Parameters组中，保留14.6安时的默认值作为Nominal Cell Capacity。iii. 在Energy Source Options组中选择Enable Joule heat in active zones。iv. 在Solution Options组中启用Specified System Power，并将System Power设置为200瓦。
c. 在Model Parameters极耳页下，保留Y和U系数的默认设置。
d. 在Conductive Zones极耳页下，配置以下设置：
e. 在Electric Contacts极耳页下，按以下方式配置接触面和外部连接器设置：
相应的电流或电压边界条件将自动应用于这些边界。
f. 点击Print Battery System Connection Information按钮。ANSYS Fluent在控制台窗口中打印电池连接信息。
g. 验证连接信息是否正确。如果出现错误消息或连接不是您想要的，请在Conductive Zones极耳页中重新定义导电区。重复此过程，直到您确认电池连接设置正确。
h. 点击OK关闭Battery Model对话框。在后台，Fluent自动挂载问题所需的所有UDF。
i. 点击OK关闭Information对话框。
5. 定义新材料
为所有电池单元和母线/极耳定义新的e_material材料和busbar_material材料。
1.创建电材料。Setup → Materials → Solid → aluminum Edit... a. 在Create/Edit Materials对话框中，输入e_material作为名称，e作为化学式。b. 将Thermal Conductivity设置为20。c. 在Properties下，确保从Electrical Conductivity下拉列表中选择defined-per-uds，并点击Electrical Conductivity旁边的Edit... d. 在UDS Diffusion Coefficients对话框中，将两个用户定义的标量都设置为1.0 e6的常数值。e. 在User-Defined Scalar Diffusion列表中选择uds-0。
2.通过修改上一步中创建的e-material，为母线和极耳创建busbar_material材料。Setup → Materials → Solid → e-material Edit... a. 在Create/Edit Materials对话框中，输入busbar_material作为名称，bus作为化学式。b. 将Thermal Conductivity设置为20。c. 将Electrical Conductivity设置为3.541 e7 [1/ohm-m]。
3. 定义单元区域条件。将e_material分配给所有单元区域，将busbar_material分配给所有极耳和母线区域。将e_material分配给cell_1、cell_2和cell_3单元区域。以类似的方式，将busbar_material分配给所有极耳和母线单元区域。
6. 定义边界条件
1.为wall-cell_1设置对流边界条件。Physics → Zones → Boundaries a. 在Boundary Conditions任务页面中，选择wall-cell_1并点击Edit.... b. 在Wall对话框中，在Thermal极耳下，配置以下设置：i. 在Thermal Conditions下，启用Convection。ii. 将Heat Transfer Coefficient设置为5 [w/m2K]。iii. 将Free Stream Temperature设置为300 [K]。iv. 点击Apply并关闭Wall对话框。
2.将wall-cell_1的边界条件复 制到wall-cell_2、wall-cell_3和所有极耳和母线墙壁区域（所有名称以"wall"开头并包含"bar"或"tabzone"字符串的边界区域）。Setup → Boundary Conditions → wall-cell_1 → Copy...
7. 求解设置
1.关闭流和湍流方程。Solution → Controls → Equations... a. 在Equations对话框中，从Equation选择列表中取消选择Flow和Turbulence。b. 点击OK。
2.移除收敛标准以确保不进行自动收敛检查。Solution → Reports → Residuals... a. 在Residual Monitors对话框中，启用Show Advanced Options。b. 从Convergence Criterion下拉列表中选择none。c. 点击OK。
3.为正极耳处的电压创建表面报告定义。
4.创建体积报告定义以监控域中的最大温度。
5.保存案例文件（1P3S_battery_pack.cas.h5）。File → Write → Case...
8. 计算
1.使用Standard Initialization方法初始化场变量。
2.运行模拟。Solution → Run Calculation a. 将Time Step Size设置为30秒，将No. of Time Steps设置为50。b. 点击Calculate并运行模拟直到1500秒。
3.保存case和data文件。
9. 后处理
1.显示电流密度的矢量图。
2.显示温度的等值线图。
3.以类似方式，显示欧姆热源的等值线。
4.以类似方式，显示总热源的等值线。
