Neste tutorial, vamos aprender a fazer a simulação da distribuição de temperatura em uma bateria de Li utilizando o método dos elementos finitos (FEM). O arquivo de entrada que será utilizado nas simulações se encontra no diretório labFEM2 chamado AAA.stp.
Iremos utilizar o software Elmer, um programa de código aberto muito bem documentado.
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Baixe o arquivo egmaterials.xml desta pasta.
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Desde o terminal substitua esse arquivo na pasta de instalação do Elmer com o seguinte comando
sudo cp egmaterials.xml /usr/share/ElmerGUI/edf/egmaterials.xmlSerá necessário fornecer a senha do super usuário.
No terminal, tente abrir o software com o comando
ElmerGUICaso o sistema acuse a ausência da biblioteca libQt5Xml.so.5, favor re-instalar com o comando:
sudo apt-get install libqt5xml51- Baixe o arquivo AAA.stp na pasta SCM2020/LabFEM_2.
2- No terminal, entre na pasta do curso SCM2020 e depois na pasta LabFEM_2. Ainda no terminal abra o software Elmer com o comando
ElmerGUINesta etapa, iremos importar a geometria da bateria de Li que foi gerada no software Solid Edge. Nesta etapa, também será realizada a discretização da estrutura.
3- No Elmer, abra o arquivo AAA.stp que se encontra na pasta LabFEM_2
O Elmer mostrará o modelo da bateria, porém com uma malha grossa.
4- Para refinar a malha clique em View > Cad model
Isso abrirá o visor de geometria (a maior parte das vezes ele já estará aberto)
No visor da geometria clique em:
Model > Preferences
Restrict mesh size on surfaces by STL density = on
Apply
No ElmerGUI clique em: Mesh > Remesh
Esse processo pode demorar um pouco.
Logo, obteremos uma malha mais refinada.
5- Agora precisamos unificar as superfícies para definir as condições de contorno. Selecione com clique duplo + Ctrl as três superfícies. Logo clique em: Mesh > Unify Surface
6- Como estamos interessados no estado estacionário da distribuição de temperatura no núcleo de eletricidade da bateria, definiremos esse tipo de simulação. Clique em:
Model
Setup
Simulation Type = Steady state
Steady state max. iter = 1
Apply
7- Na sequência definiremos o modelo físico representado pela equação da difusão do calor
Para isso clique em:
Model
Equation
Add
Name = Heat Equation
Apply to bodies = Body 1
Heat Equation > Active = on
Add
OK
8- Logo definiremos o tipo de material do núcleo de eletricidade da bateria, o Lítio. Clique em:
Model
Material
Add
Material library
Li
OK
Apply to bodies = Body 1
Add
OK
9- O lado direito da equação
representa a fonte de calor. Definiremos essa fonte fazendo clique em:
Model
Body Force
Add
Name = Heating
Heat Equation
Heat Source = 0.01
Apply to bodies = Body 1
Add
OK
10- Agora é momento de definir as condições de contorno. Primeiro devemos criar elas fazendo clique em:
Model
BoundaryCondition
Add
Heat Equation
Temperature = 293.0
Name = RoomTemp
Add
OK
11- Agora aplicaremos as condições de contorno a nosso modelo. Primeiramente clique em:
Model
Set boundary properties
Para aplicar no modelo faça clique duplo na superfície e logo definimos as condições previamente criadas por meio das opções: BoundaryCondition > RoomTemp > Add
12- Vamos a gerar o cógido para a simulação (uma espécie de roteiro do Elmer). Clique em Sif > Generate
Podemos conferir o código por meio das opções Sif > Edit
13- Ante qualquer eventualidade, é recomdável salvar o projeto em uma pasta. Clique em File > Save Project, e a continuação crie uma pasta para salvar o seu projeto.
14- Finalmente podemos rodar a simulação com a opção Run > Start solver
Caso a simulação tenha rodao sem nenhum problema, nas últimas linhas aparecerá a seguinte mensagem Elmer Solver: ALL DONE
15- Para visualizar os resultados utilizaremos o Paraview. Podemos abrir ele por meio das opções Run > Start Paraview
- Uma vez aberto o Paraview, clique no botão em Apply no menu esquerdo da interfaz gráfica. Isso gerará a imagem monocromática do modelo da bateria na janela da aplicação (é possível surgir uma janela com mensagens de erro, podem fechá-la).
- Como estamos interessados na distribuição de temperatura, vamos eleger a opção temperature do menu Coloring, um pouco mais em baixo do botão Apply. Com isto a apresentação gráfica mudará para apresentar o gradiente de temperatura no corpo simulado.
- Podemos rotacionar o modelo da bateria arrastando com o mouse.
- Vamos a trocar o mapa de cores fazendo clique no botão Chosse preset
Elegiremos a opção jet, logo Apply > Close
- Para visualizarmos o gradiente de temperatura ao interior da bateria, faremos clique no botão Clip, na parte superior esquerda e na sequencia novamente o botão Apply.
A interfaz gráfica do Paraview apresentará algo parecido com a seguinte imagem
Cada aluno deve efetuar a simulação da distribuição de temperatura em uma bateria de Li, seguindo o tutorial apresentado na presente aula, utilizando os parâmetros indicados para cada aluno na tabela e apresentar o relatório do presente laboratório:
(https://docs.google.com/spreadsheets/d/1Hpp2fgiREOq3-5mYw8H9Ix1OX7K9a_jgXVok8ReKeFo/edit#gid=0)
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Elmer unofficial home and blog (these pages), www.elmerfem.org/
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Elmer FEM discussion forum, www.elmerfem.org/forum
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Elmer/ICE community, elmerice.elmerfem.org
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Elmer official homepage, www.csc.fi/elmer
- A toda comunidade Elmer e a todos envolvidos em seu desenvolvimento