Comsol锂电池组风冷散热模拟

引言本例演示蛇形流场温度场模拟。首先建立了一个蛇形流场三维模型，采用“固体传热”耦合“层流”的非等温流多物理场耦合方式，模拟蛇形流场内部流体温度、速度和压力分布，使用边界层网格及正四面体网格进行网格剖分，最后利用稳态求解器求解模型。投稿｜热流Es 编辑｜小苏 审核｜赵佳乐图｜（除特殊标注外）由软件截图提供蛇形流场‌蛇形流场‌是一种经典的燃料电池流场设计，其形状类似于蛇形弯曲的管道。这种流场设计能够有效地增加燃料和氧化剂在电极表面的接触面积，从而提高反应速率和能量转换效率。同时，蛇形流场还能降低流体流动的阻力，减少能量损失。蛇形流场在燃料电池中表现出色，主要体现在以下几个方面：（1）‌提高能量转换效率‌：通过增加接触面积和降低流动阻力，蛇形流场显著提高了燃料电池的能量转换效率。（2）‌优化反应过程‌：蛇形流场设计使得燃料和氧化剂在电极表面更均匀地分布，优化了反应过程，减少了能量损失。与其他类型的流场相比，蛇形流场具有以下优势：（1）‌性能优越‌：蛇形流场在性能上通常优于直线型流场，尤其是在能量转换效率和反应速率方面表现更佳。（2）‌应用广泛‌：由于其优越的性能，蛇形流场在需要高功率密度的场合中应用广泛。图1 蛇年大吉物理建模蛇形流场几何模型如图2所示。计算过程设置模型的比热容、导热系数、密度和动力粘度参数，为保证结果准确性，材料参数从相关论文资料及现有实验数据中获取，如图3所示。图2 几何模型图3 材料参数边界条件传热场边界条件（1）蛇形流场内部流体设置流体域；（2）初始温度293.15K；（3）最左侧边界为流体流入边界，设置温度293.15K；（4）最右侧边界为流体流出边界；（5）底部设置边界加热热源0.1W。流场边界条件（1）蛇形流场设置流体域属性；（2）初始速度和压力均为0；（3）最左侧边界设置速度入口边界；（4）最右侧边界设置压力出口边界；（5）其余边界设置无滑移壁边界。非等温流（1）蛇形流场耦合传热场和流体场边界条件，能量守恒包含粘性耗散。图4 物理场边界条件网格划分根据有限元法求解原理，网格剖分越精细，计算结果求解越准确。数值计算前通过网格划分对模型计算区域进行离散化处理，计算过程采用四面体和扫略网格对模型进行划分，具体网格分布如图5所示。图5 计算网格结果展示采用稳态全耦合求解器进行求解，得到蛇形流场温度、速度和压力如下所示。图6 温度场分布 图7 等温面分布 图8 速度分布 图9 流线分布 图10 压力分布来源：Comsol有限元模拟