本例仿真的对象为某简化软包单电池，包含电芯、外壳及两者之间的气体夹层（如下图所示）。模拟的场景为内部电芯发生热失控并伴随产气时，排气冲出电芯后在包内聚集，随着排气的持续外壳逐渐发生膨胀变形的过程。

案例CAD示意图

对于上述过程的仿真，综合涉及CAD创建及预处理（用于在真实外形中清理、简化及实现参数化控制），面网格/体网格生成（对于不同部件生成尺寸适合且分布合理的网格），仿真设定（使用适配的物理模型并添加相关的求解控制方法）、大规模计算（综合瞬态及结构求解因素使用HPC计算）及后处理过程（对关注的物理过程结果生成动画并提取所需的数据），仿真流程如下图所示：

仿真流程

通过SpaceClaim创建电芯、外壳及两者之间的气体夹层（如下图所示），对外壳尺寸可做参数化设置。准备好的CAD模型可以一键切换到Fluent Meshing中进行后续步骤。

创建几何(SpaceClaim)

SpaceClaim与Fluent Meshing的接口

来自SpaceClaim的CAD外形可以自动导入Fluent Meshing内嵌的自动化网格流程，从而便捷的实现CAD离散面网格生成体网格生成（含薄壁层网格）网格质量提升。Fluent Meshing的网格流程是一种将网格生成步骤分解为若干网格任务(Task)，各任务串联执行的网格生成方式。通过网格流程用户可以在任务树形图的引导下，输入必要的网格参数，实现“一键生成网格”的交互体验。

以Watertight Geometry 工作流程为例，默认的网格任务包括导入几何结构、添加局部尺寸、生成表面网格、描述几何结构、创建体网格、改进体网格等，支持用户添加其他所需任务。用户根据每个任务的需要，输入所需参数，如指定尺寸范围、选择合适的体网格填充方法、定义边界层等。设定之后Fluent Meshing支持自动全流程执行（无需用户交互），过程任务和配置信息自动保存，便于用户调试并反复执行。

Fluent meshing的网格流程任务树

薄壁层网格(Thin Volume Meshing)示意图

本例中使用的是Watertight Geometry工作流程，获得网格如下图所示，对于外壳薄壁区域采用Thin Volume Meshing方式创建多层网格。

体网格及局部

通过Fluent Meshing准备好的体网格后，可以一键切换到求解模式，在求解模式中进行相关仿真设定。基于Fluent丰富的物理模型和强大的求解能力，本例针对热失控及产气过程、排气的扩散和聚集、共轭传热、结构应力应变问题进行一体化仿真。Fluent中相关模型和方法介绍如下：

在电池热失控模拟中，电池单体被视为一块燃料(Fuel)。当该燃料（作为一种反应物）转化为反应产物时，将释放能量。反应物通过单步发热反应转化为产物时，可以使用一方程阿伦尼斯模型(1-equ Arrhenius model)来计算热源，Fluent还提供了考虑多个反应的四方程动力学模型。使用四方程动力学模型时，用户可以从Fluent材料库中选择热失控反应时的材料属性，如LiCoO2、LiFePO4、LiMn2O4等。除了使用阿伦尼斯模型，用户还可以通过查表或自定义函数（UDF）来计算热失控反应速率，如使用ARC数据。

从2024R2开始，Fluent新增了排气模型(Venting Model)，排气模型是一个半经验模型(基于电池模型)，电池发生热失控场景下，Fluent可以自动将产气量及释放速率与热滥用反应速率耦合，用户也可以自定义通过分布曲线给出。排气组分由用户指定，Fluent自动创建组分输运模型或相应的燃烧模型。

Fluent热失控及产气耦合仿真 

使用Fluent的内嵌流/固交互(intrinsic FSI)求解功能，可以在Fluent中直接计算流体/固体的单向及双向FSI过程，如本例电池包内排气聚集过程中，外壳受气体力产生变形且变形对内部气体状态的双向影响。iFSI方法具备线弹性模型及非线性模型，也可以附加考虑热效应。在电池仿真场景中，除了同排气(Venting)模型联合使用外，iFSI方法还可以同Fluent的电池膨胀模型(Swelling)耦合使用，模拟由电化学效应以及电池电极层变形所导致的电池单体变形情况。

本例设定汇总如下图：

计算设定汇总

本例使用HPC并行计算，计算完毕后，可以通过Fluent的后处理功能，制作关注场景的动画效果并提取相关数据信息。Fluent具备完善的后处理功能，可以满足用户的不同需求如：

• 仿真结果可视化渲染：可用于制作云图(Contour)、矢量图(Vector)、流线图(Streamline)等，方便用户直观地了解流场内物理量的三维分布情况

• 仿真数据提取与分析：可以对点、线、面和体数据提取结果、制作表面积分和体积积分、支持用户自定义场变量等，满足用户对个性化数据处理和分析的要求.

• 生成图表绘图：如制作XY 图、直方图等，便于用户观察和分析数据的变化趋势，了解仿真结果同外部数据（如测试数据）的趋势差异。

• 制作动画：能够将不同时间步的仿真结果制作成动画格式文件，有助于用户更深入地理解瞬态物理现象.

• 数据输出：支持将结果数据输出为多种常见格式，如ANSYS CDB、CGNS、Tecplot等，方便用户在其他软件中进行进一步的处理和分析；支持一键生成模型案例报告（pdf格式），包含网格信息、物理模型信息、设定信息、后处理信息等，便于用户将案例进行整理和总结，与团队成员或合作伙伴进行分享和交流.

• 与Ensight无缝集成：通过Ensight实现高级可视化效果，如体积渲染、基于仿真结果制作虚拟现实效果、与其他软件结果集成显示等，为用户提供更丰富的视觉体验。

Fluent后处理示意图(Fluent Post) 

本例通过后处理可以获得电池包外壳的变形信息，如应变、应力等。

外壳应力云图

外壳变形示意图(Z向中截面)

产气速度场/压力场/外壳变形动画 (Ensight) 

外壳变形示意图

(左-Fluent，右-Ansys Mechanical) 

本例展示了如何使用Fluent仿真电池热失控时排气引起的结构变形。Fluent具备全流程端到端的执行能力（前处理、求解、后处理）。通过使用iFSI模型，用户可以在Fluent中直接进行流体-结构单向或双向耦合仿真。在进行本例仿真前，建议用户具备Fluent Meshing及Fluent基础操作知识，同时掌握：

• Fluent传热计算最佳实践(CHT场景）；

• Fluent瞬态计算最佳实践

• Fluent运动网格最佳实践