Fluent仿真实例-使用MSMD模型模拟单个锂离子电池的放电行为
本教程将模拟锂离子电池的放电行为。使用NTGK模型。电池是一个14.6 Ah的LiMn2O4正极/石墨负极电池。电池单元的几何形状如下图所示。
1. 准备
1.文章底部下载battery_cell.zip文件（腾讯微云）。
2.启动ANSYS Fluent。
3.在左上角的选择列表中选择“Solution”以在Solution模式下启动Fluent。
4.在“Dimension”下选择3D。
5.在“Options”下启用“Double Precision”。
2. 读取网格
1.读取网格文件unit_battery.msh。File → Read → Mesh... 当提示时，浏览到unit_battery.msh的位置并选择该文件。
2.检查网格。Domain → Mesh → Check → Perform Mesh Check
3. NTGK电池模型设置
1.在“General task page”的“Solver group”中，启用时间依赖计算。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”。
3.设置参数如下图所示：开启MSMD、NTGK Empirical Model、Enable Joule heat in active zones选项。在Nominal Cell Capacity中输入14.6 Ah。C-Rate输入1。
4.在Conductive Zones面板中，设置如下：
5.在Electric Contacts面板中，设置如下：
6.在Model Parameters面板中，点击OK关闭Battery Model对话框，点击OK关闭Information对话框。
4.定义材料
1.在电池模型中，需要为正负电位场分别定义两种电导率。首先创建电介质材料e_material。如下图所示：
2.从“Electrical Conductivity”下拉列表中选择defined-per-uds。g. 在“UDS Diffusion Coefficients”对话框中，指定用户定义的标量。uds-0和uds-1的常数系数分别为1.19e6和9.83e5。
3.创建另外一个材料p_material，具体数值见下图：
.4.创建另外一个材料n_material，参数和p_material一样。
5.将e_material分配给e_zone区域。Setup → Cell Zone Conditions → e_zone → Edit... 在“Solid”对话框中，从“Material Name”下拉列表中选择e_material。
6.同样操作，将p_material分配给_pzone区域，n_material分配给_nzone区域
5. 定义边界条件
1.为wall_active设置对流边界条件。Setup → Boundary Conditions → Wall wall_active → Edit... 。在“Wall”对话框的“Thermal”标签下，在“Thermal Conditions”中启用Convection。将换热系数设置为5 [w/m2K]。保持自由流温度的默认值300 [K]。点击Apply并关闭“Wall”对话框。
2.将wall_active边界信息复 制给wall_p和wall_n。
6. 求解设置
关闭流动和湍流方程。Solution → Controls → Equations... a. 在“Equations”对话框中，从“Equation selection”列表中取消选择Flow和Turbulence。b. 点击OK。
去掉收敛监控判断。在Residual Monitors对话框中，勾选Show Advanced Options。在Convergence Criterion下拉框中选择none。
创建表面监控报告。Solution → Reports → Definitions → New → Surface Report → Area-Weighted Average，设置如下：
重命名输出报告的名称。
7. 求解
采用默认参数初始化Initialize。
Time Step Size设置为30s。No. of Time Steps设置为100。点击Calculate。
8. 后处理
Results → Graphics → Contours → New...
9.修改参数再次仿真
1.在电池模型对话框中，在Model Options标签下，为C-Rate指定下表中列出的值。
2.通过在相应的编辑报告文件对话框中为输出文件基本名称输入ntgk-C-Rate.out来修改voltage_vp-rfile报告文件的输出文件名，其中C-Rate是电池放电率的值。（例如，对于C-Rate = 0.5 C，您将输入ntgk-0.5c.out作为文件名）。
3.类似地，在相应的编辑报告文件对话框中，将max_temp-rfile的输出文件基本名称修改为max-temp-C-Rate.out。
4.根据上表指定的步数初始化并求解。
5.仿真求解完毕后，打开“Plot Data Sources”对话框。Results → Plots → Data Sources... ，点击“Load File...”以打开“Select File”对话框。将“Files of type:”下拉过滤器更改为“All Files (*)”，选择ntgk-0.5c.out，然后点击确定。在“Y Axis Variables”选择列表中取消选择“flow-time”。在“Legend Names”组框中选择voltage_vp，在下方出现的文本框中输入0.5c，然后点击“Change Legend Entry”。对ntgk-1c.out和ntgk-5c.out进行相同的操作，并相应地更改它们的图例条目。在“Plot”组框中的“Legend Label”中输入“Discharge Rate”放电率。点击“Plot”并关闭“Plot Data Sources”对话框。
6.NTGK模型：放电曲线如下
7.NTGK模型：域内最大温度
