锂离子电池浆液搅拌，我用仿真为企业产品技术创新“开锁”
- 作者优秀
- 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
- 平台推荐
- 内容稀缺
导读：前几天和朋友聊起来，说做仿真的跟开锁的很像：旁人绞尽脑汁、费尽心思打不开的锁，开锁的师傅一下就打开了；类似的，实际中很多不好解决的问题，只要你抓住事情的本质，用仿真就能一下子把问题解决。今天我们给大家推荐一位仿真秀仿真优秀专家屠老师及其锂离子电池浆液搅拌仿真案例。屠老师，从事结构与流体仿真模拟20多年；精通ANSYS旗下的结构Mechanical及流体FLUENT、CFX以及流固耦合应用，并做过相关的二次开发及软件封装。熟悉UG，精通SolidWorks，曾对SolidWorks进行二次开发，并进行过气化炉等大型设备及新产品结构设计建模。进行过VB、VC的编程，并用MATLAB进行神经网络大数据开发。提供项目咨询及线上线下的培训课程。目前涉及的项目领域包括化工、医疗、路政、新能源电池等方面。目前他已在仿真秀开通企业服务，欢迎更多企业客户关注和技术咨询。说到搅拌，很多同学和工程师都会觉得，这个简单，谁都会。确实，随便买本书或者找个课程学习下，基本都会提到搅拌问题怎么去解决。但遇到项目多了，就会发觉，搅拌仿真所涉及的内容又深又广。2021年6月，作为仿真秀平台的技术专家，我参与到国内一家知名锂离子电池公司浆液搅拌仿真项目中，直到半年后项目结束，不仅帮助客户进行了单桨、多桨、偏心桨、行星桨等多结构多工况的仿真及开发，也为客户建立了仿真规程，工作令客户满意。我们先来说这个搅拌项目的第一步……是的，你错了，并不是让你立马开始建模计算，首先要处理的是浆料特性。因为浆料呈现出非牛顿流体特性，因此需要根据实验数据进行粘度的拟合，这个环节采用一般的数据处理工具都能完成，之后将拟合得到的相关参数输入到FLUENT中。这里有个可以说道的地方，就是优先采用软件内置的模块还是更具有自由性的UDF？回答是：能使用软件自带的模块，就不要去用UDF，即便那个UDF如何简单。其实稍微看过UDF手册的，都知道UDF都有固定格式，除了有些特别复杂，需要花大力气开发之外（一般情况下遇不到），大多数只要改个条件，改个参数就可以了，有过编程经验的都知道将这类外挂集成到系统中其实不难，但FLUENT为啥一直没有这么做呢？就因为你眼中的简单的语句，运行过程中与整个系统有可能会出现不兼容——在一个完美的系统中，从外面加入一个完美的东西，不一定是和谐，可能是崩溃。大家有空可以用简单模型试试两种方式，自然就能感受了。那么，接下来，物性合适了，就可以开始建立搅拌的系统了。大家可能都知道搅拌常用的几种方法，多重参考系（MRF），滑移网格（SM），动网格（DM），重叠网格（Overset）。这几种方法使用的场景有所不同，看客户的需求、工期商量而定。这里就唠几句项目的安排：对于一个中长期的项目，客户开始如果只要一个最终需求，那就尽量跟他们协商，将其分解成几步来做，那样，你能把控住项目的进度，而客户也能不断得到反馈。对于一般搅拌项目，旋转部件的设置，通过MRF+ SM基本就能解决，所以可以通过MRF做稳态进行粗算，给出对比性的趋势，再采用SM做瞬态进行关键工况的测试。在达到客户的要求的同时，也能给出足够的工作量和足够的文件厚度。因为该项目涉及到自转+公转，设备中的两个偏心的搅拌桨，既自转，又绕设备中心轴公转，导致采用MRF和SM已经难以解决问题，只能采用动网格或者重叠网格来解决问题了。在整个运行周期中，两个桨之间、桨与壁面之间都有靠得非常近的时刻，而采用动网格，处理间隙极小问题时，参数设置和时间步长配合不好就容易出问题，再加上整个计算过程中，会经历多次这种情况，因此，选用了重叠网格来解决问题。
重叠网格也是动网格的一种，但对比与以往的动网格方法，需要加密局部区域的网格来使数据顺畅流动，会增加整体的计算量，但好处就是稳定。通过修改不同部件模型区域，调整局部网格数量，设置相关参数，以使问题得到解决。另外提一点，关于自转+公转的设置，在表达式这个功能出来之前，都是靠UDF解决的，而使用表达式能很容易设定自转+公转。表达式可以设置变化的边界参数、物性，可以采用条件语句等等，可以说自从表达式的出现，UDF已经处于半退休状态，简单问题已经用不到UDF了。当以上这些都设置完成、稳定运行的时候，浆液搅拌这把锁我们已经打开了。后续的桨叶调整、功率优化都只是按部就班的事情了。很多搅拌的过程涉及到化学反应，需要调整反应方程对标实验过程；涉及温度变化、传热，用以调整内外部结构及工艺参数；涉及到絮凝，涉及到生物反应器曝气等等。因为搅拌在各个领域的使用，其应用场景遍布方方面面，唯有理清思路，将复杂问题一步步剖析、简化，才能有效地采用仿真手段，快速解决客户的需求，去打开客户的锁。接着说回开头仿真和开锁的话题，应该很多人也听到过有业主因为看到开锁的这么容易，就不愿意给开锁的事先约定的费用，我们做仿真的工程师也会碰到这种情况。有时候你跟客户解释这个问题其实解决起来有多难，需要多少的知识储备，需要多少的项目经验，客户只会说，我只看到你一下子把问题解决了……对于以些困扰，强烈推荐工程仿真技术工程师加入仿真秀技术服务交易平台。它是一个为工程仿真技术人员（简称“行家”）提供发布自己专业服务能力的信息服务共享平台；让有服务能力的工程师通过提供专业技术服务，快速的完成价值变现，让有需求的企业或个人客户更加快速、高效、专业的找到对应的解决方案；目前，仿真秀平台成功服务案例涉及工业设备、车辆、消费科技、工艺、土木建筑、生命科学、能源、航天航天与国防等行业，已覆盖设计、制造、结构、流体、电磁、光学、化学、声学、跨学科等专业；平台为客户和行家提供良好的服务保障机制。现公开招募仿真行业技术专家，入驻仿真秀服务平台，入驻后可享受平台给予的优惠政策和权益，享受低至5折扣的服务折扣，百万流量重点扶持等利好政策，欢迎有志之士加入仿真秀需求服务交易平台，实现个人价值最大化。
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