全新体验的Fluent Meshing | 在新能源电池中的应用

序言

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。

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。

Fluent Meshing网格划分流程

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。

WTM流程（左）和FTM流程（右）

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。

在WTM中根据电池特点进行网格划分流程

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：

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。

Fluent Meshing独有的Mosaic网格

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。

Fluent Meshing拥有极高的并行扩展效率

WTM流程电池模型网格划分

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。