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[转载]全新体验的Fluent Meshing | 在新能源电池中的应用 [复制链接]

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离线amy_wang
 

只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 09-13
全新体验的Fluent Meshing | 在新能源电池中的应用
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原创 Ansys中国 井文明 c=p!2jJ1K~  
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序言 c=p!2jJ1K~  
近几年来,中国新能源汽车行业发展迅猛,作为新能源汽车关键动力单元的新能源电池也随之蓬勃发展。一方面,电池设计愈发追求高能量密度,以满足日益增长的续航里程要求,另一方面,电池的安全性被愈发重视,相关国家法规也陆续出台,同时受整车设计周期被大幅度压缩的影响,电池系统的设计迭代周期也随之减少,这对电池系统的快速、可靠、安全设计提出越来越高的要求。 c=p!2jJ1K~  
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在电池系统的研发过程中,传统的试验测试方法由于花费昂贵、周期长等特点不符合当前快速迭代设计的节奏,高效的电池仿真设计逐渐被广泛采用。对仿真而言,模型的前处理环节,也即几何前处理及网格生成一直占非常大的比重,在以往统计的数据中,前处理甚至会占到60-80%的时间,如何压缩这部分时间对于提高整体设计效率极为关键。Ansys在最近发布的几个软件版本中,Fluent Meshing在压缩网格划分时间上带来了突破性的技术革新,在保证网格质量的同时,大幅度降低了Fluent Meshing的学习门槛并且极大程度上减少了网格划分时间。 c=p!2jJ1K~  
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Fluent Meshing网格划分流程
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从Ansys 2019 R1开始,Fluent Meshing引入了一种全新的交互式环境,也即基于流程的工作模式,包括:干净几何网格流程(watertight mesh: 简称WTM)和容错几何网格流程(fault-tolerant mesh: 简称FTM)。在这两种流程中,用户只需按照流程节点中提示的信息进行非常少量的输入,就可以快速生成高质量的计算网格,同时也可以将最佳网格划分流程进行固化和复用,进一步提升了效率。 ".?y!VY  
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WTM流程(左)和FTM流程(右)
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而在最新发布的Ansys 2020 R2版本中,Fluent Meshing根据常见电池包的结构特点,专门制作了电池包网格划分的最佳实践流程。主要思路如下:按照电池结构特点,分为可复制最小单元和不可复制单元,分别进行面网格生成,并将可复制单元面网格进行阵列,然后将整体面网格进行合并,随后生成体网格。由于大多数电池包模型比较规整,涉及到复杂模型曲面较少,因此推荐使用干净几何网格流程(WTM)来进行。 ".?y!VY  
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在WTM中根据电池特点进行网格划分流程
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除上述特征外,Fluent Meshing相较传统的网格划分工具和方法还有以下两个明显优势: ".?y!VY  
1. 独特的Mosaic网格。在计算域核心位置使用六面体网格,保证质量并减少网格数量,在边界层和贴体位置使用多面体网格,保证贴体性。 wQX%*GbL2  
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Fluent Meshing独有的Mosaic网格
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2. 极高的并行效率。Fluent Meshing有类似线性的并行扩展效率,在所有商业软件中为最高水平。同时,高并行效率使得网格生成时间大幅度减少,以正常模型为例,Fluent Meshing可以达到一分钟生成一百万网格的速度。 wQX%*GbL2  
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Fluent Meshing拥有极高的并行扩展效率
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WTM流程电池模型网格划分
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WTM干净几何流程对几何模型有一定要求,需要在进行网格划分之前尽可能的使得模型“干净”,不存在诸如影响模型拓扑结构的缺失面、干涉等特征,也尽可能减少诸如重复线、断线、断面等可能导致网格过度加密的特征,同时也尽可能去掉诸如螺栓孔、倒圆、倒角等对CFD结构影响不大的非CAE特征。关于如何处理上述所说的非CAE几何特征,还可使用Ansys SpaceClaim (SCDM) 这款定位于从CAD到CAE的几何前处理软件,它内置了诸如抽取流体域、一键修复几何、批量去除特征、共享拓扑、参数化建模等诸多功能。 wQX%*GbL2  
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使用SCDM对电池冷却水流道一键生成流体域
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基于上述介绍,在Fluent Meshing WTM流程中进行电池网格划分有两个思路: ^zVBS7`J  
方法一,将所有几何模型在WTM按照流程一次性生成体网格; ^zVBS7`J  
方法二,将电池结构中可复制单元和不可复制单元分别生成面网格,然后在WTM中通过阵列及面网格合并生成整体面网格,最后生成体网格。 ^zVBS7`J  
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接下来我们将分别就两种思路进行详细的视频展示。 ^zVBS7`J  
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Ansys Fluent Meshing WTM Battery Meshing Demo
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NEW Demo Contest Battery Navid
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成功案例:中航锂电[1]
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中航锂电(CALB)使用Fluent Meshing对其锂电池模组及Pack模型进行网格划分,相对传统的网格方法,使用WTM流程可极大程度减少网格划分的工作量及时间,同时得到了低数量高质量的计算网格,这给其进行设计迭代带来更多空间,提升了工作效率。 UaQR0,#0y  
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中航锂电电池模组模型
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使用Fluent Meshing得到的模组整体网格共1641万网格
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中航锂电随后使用Fluent Battery Model对其进行了电化学仿真,并将仿真结果与试验结果进行了对比,由下图可知,仿真结果与试验结果无论定性趋势还是定量数值均吻合较好,在整个仿真过程中实现了误差在±2℃的精度,展示了Fluent对客户产品设计强大的指导能力。 UaQR0,#0y  
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