專利名稱：一種確定徑向熱傳導穩態溫度極大值的熱網絡建模方法
技術領域：
本發明涉及電子熱傳導領域，具體涉及一種確定徑向熱傳導穩態溫度極大值的熱網絡建模方法。
背景技術：
在衛星、航空航天、機械等涉及電子行業中，散熱問題一直是科研工作者要解決的問題，要解決復雜散熱問題，就需要分析各種情況的熱傳導問題。熱網絡法是一種通過熱電比擬來求解熱傳導問題的方法(參考文件I :康芹，李世武，郭建利，《熱網絡法概論》，《工業加熱》第35卷，2006年第5期)，該方法首先建立所研究對象的熱網絡模型，進而得到所研究對象熱網絡的熱平衡方程，通過求解熱平衡方程，得出所研究對象中各網絡結點的溫度及變化率。熱網絡法具有求解速度快，建模直觀等優點。通過熱網絡法求解某些對象的熱傳導問題時，例如利用熱網絡法求解電機穩態溫度分布時，需要建立電機的熱網絡模型。許多電機的部件，諸如殼體，定子端部，轉子等，可根據其形狀特點近似為圓壁缸體結構來建立熱網絡模型。因此，圓壁缸體結構的熱網絡模型對于使用熱網絡法解決熱傳導問題方面具有重要的意義。熱量在圓壁缸體結構上進行傳導，會沿著軸向，徑向以及圓周向三個方向進行，在處理一般熱傳導問題時，為使問題簡化，通常忽略圓壁缸體圓周向上的熱傳導，此時圓壁缸體熱傳導就變成軸向和徑向上的二維熱傳導問題。當前使用熱網絡法求解圓壁缸體軸向和徑向上的二維熱傳導問題時，使用較多的是mellor熱網絡模型。通過mellor熱網絡模型可以建立圓壁缸體以軸向和徑向穩態平均溫度為網絡結點的熱網絡模型，因此采用mellor熱網絡模型的熱網絡法是一種穩態溫度均值熱網絡方法，得到的是圓壁缸體結構的平均溫度(參考文件2 :P. H. Mellor， et al. , " Lumped parameter thermal model for electrical machines of TEFC design, " Electric Power Applications, IEE Proceedings B, vol. 138, pp. 205-218, 1991)。然而在求解某些熱傳導問題中，所關心的重點并不是穩態時的平均溫度，而是穩態時的溫度極大值，此時若使用mellor熱網絡模型去建立熱網絡進而求解，所得的穩態溫度平均值不能滿足需求。針對該問題，當前有一種Gerling熱網絡模型可以建立以圓壁缸體軸向熱傳導穩態溫度極大值為結點的熱網絡，但僅是針對軸向熱傳導，對圓壁缸體徑向熱傳導尚無法使用。

發明內容
本發明針對當前使用熱網絡方法無法求解圓壁缸體徑向熱傳導穩態溫度極大值的問題，提供了一種用于確定圓壁缸體徑向熱傳導穩態溫度極大值的熱網絡建模方法。—種確定徑向熱傳導穩態溫度極大值的熱網絡建模方法，包括以下步驟步驟一、使用徑向熱傳導穩態溫度極大值網絡建立所研究對象的熱網絡模型，列出熱平衡方程，求解所建立的熱網絡模型中的中點溫度和溫度極大值。
步驟一中所述的建立的熱網絡模型，具體是針對每個圓壁缸體組成的結構，設置 三個熱阻凡、R2和Rm，第一熱阻&的右端、第二熱阻R2的左端和第三熱阻Rm的左端都聯接 一起，三個熱阻呈Y型聯接，聯接點處的溫度為中點溫度Tm，圓壁缸體內表面溫度在第一 熱阻札的左端，圓壁缸體外表面溫度T2在第二熱阻R2的右端，溫度極大值T_在第三熱阻 Rm的右端，第三熱阻Rm的右端連接圓壁缸體的內部生熱量G;若研究對象是由兩個以上的圓 壁缸體組成的結構，則其熱網絡模型是由各圓壁缸體的熱網絡模型聯接組成。步驟一中所述的的熱平衡方程為[Y] [T] + [G] = 0，其中，[Y]為熱導矩陣，[T]為 溫度結點矩陣，[G]為熱量矩陣，通過[T] = -[Y^G]，得到所建立的熱網絡模型中各溫度 結點的穩態溫度值。步驟二、根據所建立的研究對象的熱網絡模型和所得到的中點溫度Tm和溫度極大 值T_，能夠確定每個圓壁缸體的內、外表面溫度,根據每個圓壁缸體各自的內、外表面溫度 確定各自的徑向熱傳導穩態溫度極大值點rmax是分布在圓壁缸體的內表面或者外表面上， 還是分布在圓壁缸體的內徑和外徑之間。。步驟三、若徑向熱傳導穩態溫度極大值點rmax分布在圓壁缸體的內表面或者外表 面上，則由步驟一得到的溫度極大值就是最終的熱傳導穩態溫度極大值T' _ = T_ ;若徑 向熱傳導穩態溫度極大值點r_分布在圓壁缸體的內徑和外徑之間，則確定近似的補償環 節A T，然后確定最終的熱傳導穩態溫度極大值T' max = Tmax+ A T。本發明的優點與積極效果在于本發明的建模方法通過建立徑向熱傳導穩態溫度 極大值熱網絡模型，使得可以使用熱網絡法去確定圓壁缸體的徑向熱傳導穩態溫度極大值 的問題，與采用mellor熱網絡模型所確定的圓壁缸體徑向熱傳導穩態溫度極大值比較，最 終所確定的值更加準確。本發明方法所使用熱網絡方法具有的解算速度快，建模直觀等優 點，能夠確定圓壁缸體的徑向熱傳導穩態溫度極大值，進而可用于分析電子器件的熱傳導 問題。


圖1是本發明的確定徑向熱傳導穩態溫度極大值的熱網絡建模方法的整體流程 圖；圖2是本發明方法所針對的圓壁缸體對象的結構示意圖；圖3是函數少1)的值域示意2 lnx圖4是本發明步驟二中搭建的徑向熱傳導穩態溫度極大值熱網絡模型的示意圖；圖5是本發明步驟三種搭建的完整的徑向熱傳導穩態溫度極大值熱網絡模型示 意圖；圖6是本發明實施例中試驗對象的結構示意圖；圖7是本發明實施例中的試驗對象的熱網絡模型示意圖；圖8是本發明實施例中的試驗對象定子鐵芯徑向穩態溫度分布曲線示意圖；圖9是本發明實施例中的試驗對象定子齒部徑向穩態溫度分布曲線示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。如圖I所示，本發明一種確定徑向熱傳導穩態溫度極大值的熱網絡建模方法的步驟如下步驟一、使用徑向熱傳導穩態溫度極大值網絡建立所研究對象的熱網絡模型，列出熱平衡方程，求解各溫度結點的溫度。如附圖2所示為圓壁缸體的結構示意圖，L為圓壁缸體的軸向長度，T1為圓壁缸體內徑，r2為圓壁缸體外徑。T1為圓壁缸體內表面溫度，T2為圓壁缸體外表面溫度。徑向熱傳導穩態熱平衡方程如下式所示
[T] + [G] = 0，其中， [Y]為熱導矩陣，[T]為溫度結點矩陣，[G]為熱量矩陣，通過[T] = -[Yr1M，得到所建立的熱網絡模型中的中點溫度T111和溫度極大值Tniax，進一步根據所建立的研究對象的熱網絡模型，確定每個圓壁缸體的內、外表面溫度；步驟二、確定每個圓壁缸體的徑向熱傳導穩態溫度極大值點rmax的分布⑴若圓壁缸體內表面溫度T1和圓壁缸體外表面溫度T2相等，則溫度極大值點rmax處于圓壁缸體內徑和外徑之間；(2)若圓壁缸體內表面溫度T1和圓壁缸體外表面溫度T2不相等，根據溫度極大值點rmax的分布判定值Λ = T2-T1及相應的判定值上限Amax和下限Amin，確定溫度極大值點rDlM的分布-若7^ (Δ_，Δ·)，溫度極大值點分布在圓壁缸體的內表面或者外表面；若 Δ e (^niin, Λ_)時，則溫度極大值點r_分布在rjPr2之間rMX e (r1;r2)；步驟三、若徑向熱傳導穩態溫度極大值點rmax分布在圓壁缸體的內表面或者外表面上， 則最終的熱傳導穩態溫度極大值T' max = max (T1, T2);若徑向熱傳導穩態溫度極大值點rmax 分布在圓壁缸體的內徑和外徑之間，則確定近似的補償環節AT，然后確定最終的熱傳導穩態溫度極大值T' max = Tmax+AT。
2.根據權利要求I所述的一種確定徑向熱傳導穩態溫度極大值的熱網絡建模方法，其特征在于，步驟一中所述的每個圓壁缸體的熱網絡模型中的溫度極大值Tmax、三個熱阻RpR2 和Rm的表達式通過下面過程得到(I)徑向熱傳導穩態熱平衡方程為
3.根據權利要求1所述的一種確定徑向熱傳導穩態溫度極大值的熱網絡建模方法，其 特征在于，步驟二中所述的判定值上限和下限具體是當圓壁缸體的結構、材料確定以后，溫度極大值點只與圓壁缸體的內、外表面溫度之差 有關，則有
4.根據權利要求1或2所述的一種確定徑向熱傳導穩態溫度極大值的熱網絡建模方 法，其特征在于，所述步驟三中的近似的補償環節AT，具體是溫度極大值Tmax的表達式為
全文摘要
本發明提出一種確定徑向熱傳導穩態溫度極大值的熱網絡建模方法，應用在圓壁缸體結構的熱傳導中，該方法首先使用徑向熱傳導穩態溫度極大值網絡建立所研究對象的熱網絡模型，通過熱平衡方程確定所建立的熱網絡模型中的各結點的溫度，然后根據各圓壁缸體的內、外表面溫度，確定各圓壁缸體徑向熱傳導穩態溫度極大值點rmax的分布。最后根據溫度極大值點rmax的分布設計誤差補償環節，最終得到各圓壁缸體的徑向熱傳導穩態溫度極大值。本發明方法實現了采用熱網絡方法確定圓壁缸體的徑向熱傳導穩態溫度極大值，所確定的溫度極大值更加準確，并具有的解算速度快，建模直觀點，所得到的值能進一步用于分析電子器件的熱傳導問題。
文檔編號G06F17/50GK102592024SQ201210004019
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者李凱, 王少萍 申請人:北京航空航天大學