本文摘要(由AI生成):
本文介绍了在仿真软件中设置报告定义、监视计算过程、初始化以及运行计算的具体步骤。通过设置报告定义,可以监视正极极耳电压和计算域中最高温度值的变化。在监视设置中,取消了残差收敛标准的限制。初始化方法选择为标准初始化,并进行了初始化操作。运行计算时,设置了时间步长和计算步数。计算开始后,可以通过视图窗口查看残差曲线和监视值的变化。最后,介绍了后处理步骤,包括显示正极和负极的相电势云图、电池上的温度云图以及电流密度矢量图。
正文共: 5119字 37图
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仿真操作步骤
2、在mesh下划分网格,定义边界
3、打开FLUENT界面,调用MSMD模块,”tui:/define/models/addon-module、TUI:define/models/battery-model/parameter-estimation-tool
4、NTGK/ECM电池模型设置
5、材料设置:(e_material、n_material、p_material)
E_material: Density:2092,Cp:678,Thermal Conductivity:18.2, uds-0:1.19e6,uds-1,9.83e5;
N_material/p_material: Density输入8978,Cp输入381输入387,Electrical Conductivity1e7
6、添加材料Cell Zone Condition
7、边界条件Boundary Condition设置
8、求解设置-solution controls
9、Report Definitions报告定义设置
10、监视设置:Monitors
11、Initialization 初始化设置
12、Run Calculation运行计算
13、显示正极的相电势云图、负极相电势云图、电池的温度云图、电流密度矢量图。
14、重复运算,以及不同倍率的运算。
在SCDM中绘制模型,如图,需要注意的是提前标注好各部分的名称,下图是两个电池串联模型,注意需要共享拓扑“share”
Cell—电池本体
tab-n—电池负极耳
tab-p—电池正极耳
由于模型是方方正正的,所以采用多截面网格,并开启promixity,设置至少3层。
4.1 在默认的fluent的求解模型中是没有电池仿真模块的,我们通过输入命令打开此模型。
命令为:define/models/addon-module,后选择8。
4.2 开启瞬态,打开能量方程模型及刚才选择的MSMD模型,并在MSMD中进行设置
4.3 打开msmd 进行设置,这里调用基于时间和基于事件。以及NTGK和ECM模型计算,可自行尝试分别计算。(视频会有步骤)相应的文件。
4.4 重点中的重点,关于如何设置我们自己定义的充放电策略。
Fluent中有两种自定义的方法,一种是基于时间定义,编写规则如下(来自帮助文件):
电参数类型由整数定义: 0:倍率 ;1:电流 ;2:电压 ;3:功率 ;4:外部电阻
举个例子:
0 15 1(以15A的电流开始放电)
500 15 1(以15A的电流放电500S)
500.1 60 3(以15A放电结束,接着60W功率放电)
1000 60 3(以60W放电500S到1000S)
1000.1 -1 0(以60W放电结束,接着1C充电)
1500 -1 0(1C充电500S,到1500s结束)
注:符号为正表示放电,符号为负表示充电。
另一种是基于事件:电流,电压,功率,电阻表示方法与上述相同,这里多一个判断表示方法:
判断条件定义:
1:time> FC_Value
2: I < FC_Value(放电电流最小)
3: I > FC_Value(充电电流最大值)
4: V < FC_Value(系统电压最小值)
5: V > FC_Value(系统电压最大值)
6: P < FC_Value(放电功率最小)
7: P > FC_Value(充电功率最大值)
例子如下:(第一列的数字表示电参数,第三列的表示判断,最后一列0表示转下一步,1表示结束当前步)
1 15 1 500 0(15A电流充电时间大于500S时转下一步)
3 60 1 1000 0(60W功率充电时间大于1000S时转下一步)
0 -1 1 1500 1(1C放电时间大于1500S时停止)
我们就按照上述的方式验证一下两种方式的充放电策略。
4.5 切换到Conductive Zones标签卡,在Active Components中选择f_cell,在Tab Components中选择f-tab_n和f-tab_p。
4.6 切换到Electric Contacts标签卡,在External Connectors中Negative Tab选择f-tab_n,Positive Tab选择f-tab_p。
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(e_material、n_material、p_material)
E_material: Density:2092,Cp:678,Thermal Conductivity:18.2, uds-0:1.19e6,uds-1,9.83e5;
N_material/p_material: Density输入8978,Cp输入381输入387,Electrical Conductivity1e7
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6.1 在最左侧的树中,鼠标左键双击【Setup】>【Boundary Conditions】,进行边界条件的设置。
在Boundary Conditions的Task Page中,鼠标左键单击选中wall-f-cell,点击【Edit…】,弹出Wall窗口,Thermal标签卡中,Thermal Conditions选择Convection,Heat Transfer Coefficient输入5,Free Stream Temperature输入300,点击OK完成设置。
6.2 在Boundary Conditions的Task Page中,鼠标左键单击选中wall-f-cell,点击【Copy…】,弹出Copy Conditions窗口,在左侧From Boundary Zone列表中选择wall-f-cell,在右侧To Boundary Zones列表中选择wall-f-tab_n和wall-f-tab_p,点击Copy,在弹出的Question窗口中点击OK确认。点击Close关闭Copy Conditions窗口。
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在Solution Controls的Task Page中,点击Equations…按钮,在弹出的Equations窗口中,取消选择对Flow方程的求解。点击OK关闭Equations窗口。
7.1 Report Definitions报告定义设置
在最左侧的树中,鼠标左键双击【Solution】>【Report Definitions】,进行报告定义的设置。创建对正极极耳电压的报告,并随着计算的进行监视该值的变化。
在弹出的Report Definitions窗口中,鼠标左键依次点击【New】>【Surface Report】>【Area-Weighted Average…】。在新弹出的Surface Report Definition窗口中,Name中输入voltage_vp,Field Variable修改为User Defined Scalars… > Potential Phi+,Surfaces中选择tab_p,Create中勾选Report File、Report Plot和Print to Console。点击OK完成设置。(设置最高温度与此设置相类似)
7.2 创建对计算域中最高温度值的报告,并随着计算的进行监视该值的变化。
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树中【Solution】>【Monitors】>【Residual】,鼠标左键双击Residual,进行残差监视的设置。
在弹出的Residual Monitors窗口中,将Convergence Criterion修改为none。点击OK完成设置。
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树中【Solution】>【Initialization】,鼠标左键双击Initialization,在Task Page中将Initialization Methods选择为Standard Initialization,Initial Values中保留默认的设置,点击Initialize按钮进行初始化。
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树中【Solution】>【Run Calculation】,鼠标左键双击Run Calculation,在Task Page中的Time Step Size输入30,Number of Time Steps输入100。点击Calculate开始运行计算。
运行计算开始后,可以在视图窗口中看到残差曲线和所监视的正极极耳电压、计算域内最高温度值随时间的变化。
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在最左侧的树中,使用【Results】中的相关工具,对计算结果进行后处理。
11.1 显示正极的相电势云图
在菜单中点击【Viewing】>【Graphics】>【Lights】,弹出Lights窗口,取消对Light On和Headlight On选项的勾选,点击Apply按钮,然后点击Close关闭Lights窗口。因为在有些角度下的光线渲染会导致云图显示的不太清晰。
树中【Results】>【Graphics】>【Contours】,鼠标左键双击Contours,弹出Contours窗口,在Options中勾选Filled、Node Values、Global Range和Auto Range,在Coloring中选择Smooth,Contours of选择User Defined Scalars… > Potential Phi+,Surfaces选择tab_p、wall_cell和wall_f_tab_p,点击Save/Display按钮,显示正极的相电势云图。
11.2 显示负极的相电势云图
11.3 显示电池上的温度云图
11.4 显示电流密度矢量图
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