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常用的热力学仿真软件有哪些?

日期:2024-04-15 12:00 / 作者:佚名

最近在关注储能电池系统以及模块化变电站的技术,里面都涉及到集装箱式的设计,在比较局限的空间内布置设备,其发热量和通风设计尤其需要关注。所以请教诸位大神,有没有比较好用的热力学仿真软件推荐的,感谢!

问题提的内容不属于热力学分析(themodynamics),应该是属于热管理。热管理分两种,系统设计和详细设计,你提问的布置和散热关系,属于详细设计,主要是依靠三维热分析软件,可选择的软件很多。主流的有STARCCM+、FLUENT、Flotherm等,百度搜一下三维CFD仿真就可以找到,上述三款是个人比较推荐的,因为应用广泛,模型比较丰富,模拟风机、换热器都有成熟的模型可选择,电池和电机的散热模拟起来也很方便。

谢邀,人在蒙古,刚下航母,之前在跟川普谈生意给我航母买几架f35。

你这个问题其实百度更快捷,常不常用就那些FactSage JMatPro Pandat Thermo-Calc。

一、 电池热管理简介

电池热管理系统(BTMS),是用来确保电池系统工作在适宜温度范围内的一套管理系统,主要由电池箱、传热介质、监测设备等部件构成。

温度对动力电池整体有非常显著的影响,一般要综合考虑温度对电池性能、寿命和安全的影响,电池热管理系统需要维持电池处于最优工作范围,获得性能和寿命的最佳平衡。

电池热管理系统有如下几项主要功能

(1)电池温度的准确测量和监控

(2)电池组温度过高时的有效散热和冷却;

(3)低温条件下的快速加热,使电池组能够正常工作;

(4)有害气体产生时的有效通风;

5)保证电池组温度场的均匀分布

电动电池作为电动汽车的唯一动力来源,是影响电动汽车性能的重要指标,电池必须满足性能要求才可以保证正常的行驶。

二、 电池热管理工程师的工作内容

1。协同进行电芯或模组的选型、热管理性能评估及设计目标确认

l 评估电芯模组的高低温性能_容量衰减、能量衰减、循环寿命、发热特性等;

l 明确电池热管理系统的设计目标_最高温度、最低温度、电芯温差、电池保温性能、升温速率等;

2。电池热管理系统设计一水冷电池包为例

l 电池冷板设计一流道设计、流程设计、内部结构设计等;

l 保温(外部保温),导热(导热垫)和其他散热结构设计;

3电池热管理系统控制策略设计温度计算、热行为识别算法、

l 电池冷板水温流量需求、充放电倍率边界等;

4、试验策划实施—电芯台架试验、整包台架试验、整车标定试验

三、动力电池热管理仿真和设计

热管理仿真工作,常用star-ccm+、 fluent作为仿真的工具,但是在利用仿真软件在划分网格时,效率比较低。如利用star-ccm+划分网格时容易出现穿刺面,处理比较麻烦,这时可以利用ANSA或者hypermesh进行网格前处理。在模型的简化时可以利用ANSYS-SCDM对三维模型进行简化再进行网格前处理。如下是网格和仿真温度云图。

下面简单讲解一下仿真流程:电池热管理CFD分析,采用流-固耦合分析方法。

1. 几何模型简化

几何模型简化是否合理直接影响到计算量大小以及模型计算精度,具体模型简化复杂程度,需根据分析目的、 热管理方案、计算资源、任务周期等综合考虑。

一般简化规则为: 根据分析目的,尽可能保留对传热影响较大的零部件和特征,忽略对传热影响较小的零部件和特征。 总结以下几点供参考:

l 对自然冷却电池电池包,需考虑空气传热影响,保留箱体、电池模组结构等;

l 去掉螺栓、连接件、线束等对传热影响较小的零部件;

l 对圆角、螺栓孔等细节特征进行简化处理;

l 对于完全对称模型可考虑对称建模;

l 去掉固定连接组件、底部泡棉支撑等对传热影响较小部件,

l 去掉水冷板内部对体网格质量影响较大的尖角、圆弧面等细节特征。

2. 网格模型建模

Hypermesh或者ANSA中对模型划分面网格,网格需尽可能保持简化模型的所有特征

合理选择网格划分方法,如有圆弧面的特征可通过surface deviation控制保持圆弧面曲率; 合理设置网格尺寸大小,保持网格质量同时尽量减小网格数量; 面网格生成完成后检查网格质量,重点检查最小网格尺寸,避免有<0.2mm等非正常网格特征;

面网格重构:合理设置网格尺寸,可局部控制部分细节特征,保证重新生成面网格质量合格,网格数合理; 生成体网格:设置流体边界层,可选择切割体网格或多面体网格两种网格生成方式; 一般几何规则模型可考虑选择切割体网格,几何复杂,曲面较多的模型选择多面体网格;

3. 热模型建立

流场分析:在电池冷却系统设计过程中,对冷却系统进行流场分析,得到在不同流量下冷却系统的流阻特性、流量分配 等信息,用以初步评估冷却系统冷却均匀性,并为水泵选型和匹配作参考。

放电工况分析:放电工况目前只含高温高速工况一项,即对电池在高温状态下工作进行仿真模拟,评估冷却系统性能,以及 电池最高温、温差等指标。

充电工况分析:充电工况包括高温快充、常温快充、低温快充、低温慢充等,主要用于评估在不同温环境条件下,电池的充 电特性以及温度、温差等热管理指标。

热管理设计工作,主要对热管理设计过程中的主要的热管理零部件熟悉,难点就是怎么利用这些热管理零部件去实现电芯在适宜温度区间工作。如下图是某款乘用车pack简化后的爆炸图。热管理系统采用4条并联型材+FSW工艺铝板,内部流道冲压成型,结合导热垫、隔热垫、尼龙管加快捷插头的形式,搭建了整个热管理系统的基本结构。

下面是我最近整理的,目前几款流行的商业热仿真软件,详细介绍一下模块和应用领域,希望有所帮助:

  1. FloTHERM-电子热设计
  2. ICEPAK-电子热设计
  3. FloEFD-集成在三维软件中的电子热设计
  4. 6Sigma-数据中心热设计
  5. SINDA/FLUINT-航空航天热设计
  6. FloVENT-建筑通风、暖通
  7. TAITherm-人体舒适度、电池和汽车热设计

概述:

FloTHERM作为全球第一款专门针对电子器件/设备热设计而开发的仿真软件,FloTHERM可以实现从元器件级、PCB板和模块级、系统整机级到环境级的热分析。FloTHERM软件市场占有率高达70%。

包含模块:

  1. FloTHERM—核心热分析模块
  2. Command Center—优化设计模块
  3. Visual Editor—后处理模块
  4. FloEDA—电子电路设计软件高级接口
  5. FloTHERM Parallel Solver Upgrade
  6. FloMCAD Bridge —机械设计CAD软件接口模块
  7. FloTHERMPACK(原FLOPACK)—基于互联网的标准IC封装热分析模型库
  8. FloVIZ—独立的仿真结果动态后处理软件

应用领域:

概述:

ICEPAK软件由全球最优秀的计算流体力学软件提供商Fluent公司,专门为电子产品工程师定制开发的专业的电子热分析软件。与FloTHERM比较,比较突出的优势是能够很好处理曲面几何,采用fluent求解器,集成在ANSYS中,能与ANSYS其他模块进行耦合分析。

应用领域:


概述:

FloEFD是无缝集成于主流三维CAD软件中的高度工程化的通用流体传热分析软件。针对熟悉 CAD 软件的工程师;集成于 CAD 中、使用简单;在 CAD 软件中快速分析;在 CAD 软件中直接优化。

应用领域:


概述:

6Sigma是一款为用户提供了机构预测 DCIM 数据中心基础设施管理的软件。是专门用于使用这数据中心设计、管理、电子产品散热分析,软件最大的优势就是可以当成设计工具使用。

包含模块:

  1. 6SigmaRoom-数据中心级分析模块
  2. 6SigmaRack-机柜级分析模块
  3. 6SigmaET-设备级分析模块
  4. 6SigmaFM-管理设备日常运行状态
  5. 6SigmaITM-监控由6sigmaFM管理的所有房间流场情况
  6. 6SigmaDatAq-与测量装置链接的模块
  7. 6SigmaPower-评价电力系统的外加模块
  8. 6SigmaWeight-快速获得高架地板的重量负载状况

应用领域:

概述:

SINDA/FLUINT是一款应用于复杂系统热设计分析和流体流动分析的综合性有限差分、集总参数(电路网络类型)软件。应用领域包括航空航天、电子、能源、石油化工、生物医药、汽车等行业。一直在航空航天业界为用户提供最可靠的传热与流体流动设计分析服务。

包含模块:

  1. SINDA/FLUINT :专业的热/流体求解器
  2. Thermal Desktop : 图形界面前后处理器
  3. RadCAD :热辐射分析模块
  4. FloCAD :热/流体分析模块
  5. TD Direct :模型处理与热网格划分
  6. EZ-XY Plot Utility :辅助绘图软件包

应用领域:

概述:

FloVENT具有用于空气流动设计的最完整、技术最先进的模型创建环境。用户可以从FloVENT完备的智能部件工具栏中,选取零件,快速组装成包含各种散流器、换热器、栅格、CRAC单元和机箱的分析模型。一直专门致力于供热、通风和空调(HVAC)领域

包含模块:

  1. FloVENT—核心流场及热分析模块
  2. Command Center—优化设计模块
  3. Visual Editor—先进的仿真结果动态可视化后处理模块
  4. Parallel Solver—并行求解器模块
  5. FloMCADBridge —三维设计CAD(MCAD)软件接口模块
  6. FloVIZ—独立的仿真结果动态后处理软件

应用领域:

概述:

美国ThermoAnalytics公司开发的专业热管理工具TAITherm,以其卓越的热管理分析能力,广泛应用于国内外汽车、航空、船舶、轨道交通、重型机械等行业的热分析、热防护设计、目标热特征模拟等。适用于空调环控热分析,电池包散热分析,汽车整车热分析和制动热分析

包含模块:

  1. 基本模块-全面考虑热传导、对流换热和热辐射三种传热方式
  2. 人体热舒适度模块
  3. 电池模块
  4. 并行计算模块

应用领域:

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