【AICFD案例操作】电池包风冷散热分析

AICFD是由天洑软件自主研发的通用智能热流体仿真软件，用于高效解决能源动力、船舶海洋、电子设备和车辆运载等领域复杂的流动和传热问题。软件涵盖了从建模、仿真到结果处理完整仿真分析流程，帮助工业企业建立设计、仿真和优化相结合的一体化流程，提高企业研发效率。

1）案例描述

本案例针对电池模组风冷散热进行仿真分析，包含8个电池模组。案例使用湍流模型、热源模型和多孔介质模型进行热仿真分析。案例最后可查看温度分布云图。

2）网格

整体网格为四面体网格单元的非结构网格，网格数量247万。

图1-1 网格模型

3）计算条件

物理模型：不可压；湍流模型：Standard k-epsilon；数值格式：二阶迎风。

1）新建工程

① 启动AICFD 2023R2；

② 选择 文件>新建，新建工程，选择工程文件路径，设置工程文件名，点击“确定”。

图2-1 AICFD窗口

图2-2 新建工程

2）网格导入

单击菜单栏网格>导入网格，导入外部生成的计算域网格。

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图2-3  网格导入

3）网格质量检查

单击菜单栏 网格>网格质量，检查网格质量。

图2-4 网格质量检查

1）求解模型

双击 求解>求解模型，设置湍流模型。本案例为稳态计算，采用不可压缩流，湍流模型采用Standard k-epsilon模型。

图3-1  模型设置

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图3-2 材料选择

右击 材料>添加材料，MaterialType选择Solid，新建材料，修改介质物性参数，如图3-3所示；

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图3-3 材料选择

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图3-4 材料选择

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图3-5 材料选择

2）计算域

① 双击 求解>流动分析>计算域>Domain-FLUID_POROUS_CHIPIAN，在计算域设置窗口中类型选择“PorousDomain”，材料选择“AirPorous”和“Aluminium1”，然后点击“下一步”，在打开的流体模型窗口点击“确定”，将网格分配到计算域。

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图3-6 分配计算域

② 双击 求解>流动分析>计算域>Domains>Domain-SOLID_CELL1，在计算域设置窗口中类型选择“SolidDomain”，材料选择“Battery”，然后点击“下一步”，在打开的流体模型窗口点击“确定”，将网格分配到计算域；

③ 同上设置Domain-SOLID_CELL2、Domain-SOLID_CELL3、Domain-SOLID_CELL4、Domain-SOLID_CELL5、Domain-SOLID_CELL6、Domain-SOLID_CELL7、Domain-SOLID_CELL8；

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图3-8  分配计算域

3）边界条件

分别设置Inlet和Outlet，需要分别设置边界名称、边界类型、边界条件和数值，如图所示；

图3-9  入口定义

图3-10  出口定义

图3-11  壁面定义

4）求解参数设置

双击 求解>流动分析>交界面>Interfaces，查看自动识别的交界面。

图3-12  交界面设置

右击 求解> 流动分析> 热模型，单击 插入对象> 热源，设置8个热源；

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图3-13 热源设置

右击 求解> 流动分析> 热模型，单击 插入对象> 热源，设置8个热源；

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图3-14 热源设置

双击 求解>求解设置，设置计算方法，包括差分方法等；

图3-15 求解参数设置

双击 求解>求解控制，设置求解器启停条件，迭代步数等；

图3-16  求解参数设置

右击 报告表>面积分报告，设置监控进出口热流量。

图3-17  监控设置

1）残差曲线与监控变量

双击 监控>残差曲线，选择查看监控曲线。

图4-1 监控曲线选择

2）初始流场设置

① 双击 求解>初始化，设置初始流场；

② 选择菜单栏 求解>初始化，初始化流场。

图4-3  初始化流场

3）求解计算

选择菜单栏 求解>求解>直接求解>串行，开始计算。

图4-4  运行求解器

图4-5  选择求解模式

1）监控曲线

查看残差曲线。

图5-1  残差曲线

2）数据读取

双击树节点 报告>体积分报告，设置变量参数，选取域列表中目标部件，点击应用，读取散热板平均温度数据。

3）求解结果更新及导入

单击菜单栏 求解>可视化结果，实现可视化求解结果更新，现版本计算完成后自动进行可视化求解结果。

图5-3  结果更新

4）可视化结果

① 温度云图

单击菜单栏 后处理> 云图，选取位置域和变量参数温度，设置等级参数256，点击应用，读取电池包表面温度云图，可以看出电池包最高温度在314K左右，前排电池包最高温度略低于后排电池包。

图5-4 温度云图

单击菜单栏 后处理> 面，选取域和变量参数，设置平面参数，点击应用，读取电池包截面温度云图，可以看出电池包内部温度分布与表面温度分布大致相同。

图5-5 截面温度云图