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锂离子电池三维微观结构电化学模拟的分离方法及其块预处理加速。(英语) Zbl公司 07316873
电池性能与电极微观结构密切相关。锂离子电池电极材料具有复杂的微观结构,需要数百万个自由度才能在微观结构尺度上求解电化学系统。然后需要一个快速迭代求解器和适当的预条件,以在合理的时间内模拟大的代表性体积。在这项工作中,我们发展了一个有限元电化学模型来求解微观结构尺度下电极活性材料和电解质区域内的浓度和电位,重点是数值稳定性和标度性能。由于电极内的方程组只通过控制畴间界面电化学反应的非线性Butler-Volmer方程耦合,因此实现了块Gauss-Seidel(BGS)数值方法。在这项工作中找到的最佳解决方案策略是将系统分成两个块-一个用于浓度场,一个用于势场-然后使用FEniCS和可移植的可扩展的科学计算库工具箱,使用代数多重网格进行块广义最小残差预处理。与多前沿大规模并行稀疏直接解算器相比,在求解时间(快6倍)和内存使用(减半)方面都有显著改进。此外,BGS在电极区域内经历了相当强的平行缩放。最后,对方程组进行了修正,以解决电解液耗尽引起的数值不稳定性问题,这对于模拟汽车应用中的快速充电方案特别有价值。
理学硕士:
68度 计算理论
15安 基本线性代数
65华氏度 数值线性代数
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全文: 内政部
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