专利名称：一种确定径向热传导稳态温度极大值的热网络建模方法
技术领域：
本发明涉及电子热传导领域，具体涉及一种确定径向热传导稳态温度极大值的热网络建模方法。
背景技术：
在卫星、航空航天、机械等涉及电子行业中，散热问题一直是科研工作者要解决的问题，要解决复杂散热问题，就需要分析各种情况的热传导问题。热网络法是一种通过热电比拟来求解热传导问题的方法(参考文件I :康芹，李世武，郭建利，《热网络法概论》，《工业加热》第35卷，2006年第5期)，该方法首先建立所研究对象的热网络模型，进而得到所研究对象热网络的热平衡方程，通过求解热平衡方程，得出所研究对象中各网络结点的温度及变化率。热网络法具有求解速度快，建模直观等优点。通过热网络法求解某些对象的热传导问题时，例如利用热网络法求解电机稳态温度分布时，需要建立电机的热网络模型。许多电机的部件，诸如壳体，定子端部，转子等，可根据其形状特点近似为圆壁缸体结构来建立热网络模型。因此，圆壁缸体结构的热网络模型对于使用热网络法解决热传导问题方面具有重要的意义。热量在圆壁缸体结构上进行传导，会沿着轴向，径向以及圆周向三个方向进行，在处理一般热传导问题时，为使问题简化，通常忽略圆壁缸体圆周向上的热传导，此时圆壁缸体热传导就变成轴向和径向上的二维热传导问题。当前使用热网络法求解圆壁缸体轴向和径向上的二维热传导问题时，使用较多的是mellor热网络模型。通过mellor热网络模型可以建立圆壁缸体以轴向和径向稳态平均温度为网络结点的热网络模型，因此采用mellor热网络模型的热网络法是一种稳态温度均值热网络方法，得到的是圆壁缸体结构的平均温度(参考文件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)。然而在求解某些热传导问题中，所关心的重点并不是稳态时的平均温度，而是稳态时的温度极大值，此时若使用mellor热网络模型去建立热网络进而求解，所得的稳态温度平均值不能满足需求。针对该问题，当前有一种Gerling热网络模型可以建立以圆壁缸体轴向热传导稳态温度极大值为结点的热网络，但仅是针对轴向热传导，对圆壁缸体径向热传导尚无法使用。
发明内容
本发明针对当前使用热网络方法无法求解圆壁缸体径向热传导稳态温度极大值的问题，提供了一种用于确定圆壁缸体径向热传导稳态温度极大值的热网络建模方法。—种确定径向热传导稳态温度极大值的热网络建模方法，包括以下步骤步骤一、使用径向热传导稳态温度极大值网络建立所研究对象的热网络模型，列出热平衡方程，求解所建立的热网络模型中的中点温度和温度极大值。
步骤一中所述的建立的热网络模型，具体是针对每个圆壁缸体组成的结构，设置 三个热阻凡、R2和Rm，第一热阻&的右端、第二热阻R2的左端和第三热阻Rm的左端都联接 一起，三个热阻呈Y型联接，联接点处的温度为中点温度Tm，圆壁缸体内表面温度在第一 热阻札的左端，圆壁缸体外表面温度T2在第二热阻R2的右端，温度极大值T_在第三热阻 Rm的右端，第三热阻Rm的右端连接圆壁缸体的内部生热量G;若研究对象是由两个以上的圆 壁缸体组成的结构，则其热网络模型是由各圆壁缸体的热网络模型联接组成。步骤一中所述的的热平衡方程为[Y] [T] + [G] = 0，其中，[Y]为热导矩阵，[T]为 温度结点矩阵，[G]为热量矩阵，通过[T] = -[Y^G]，得到所建立的热网络模型中各温度 结点的稳态温度值。步骤二、根据所建立的研究对象的热网络模型和所得到的中点温度Tm和温度极大 值T_，能够确定每个圆壁缸体的内、外表面温度,根据每个圆壁缸体各自的内、外表面温度 确定各自的径向热传导稳态温度极大值点rmax是分布在圆壁缸体的内表面或者外表面上， 还是分布在圆壁缸体的内径和外径之间。。步骤三、若径向热传导稳态温度极大值点rmax分布在圆壁缸体的内表面或者外表 面上，则由步骤一得到的温度极大值就是最终的热传导稳态温度极大值T' _ = T_ ;若径 向热传导稳态温度极大值点r_分布在圆壁缸体的内径和外径之间，则确定近似的补偿环 节A T，然后确定最终的热传导稳态温度极大值T' max = Tmax+ A T。本发明的优点与积极效果在于本发明的建模方法通过建立径向热传导稳态温度 极大值热网络模型，使得可以使用热网络法去确定圆壁缸体的径向热传导稳态温度极大值 的问题，与采用mellor热网络模型所确定的圆壁缸体径向热传导稳态温度极大值比较，最 终所确定的值更加准确。本发明方法所使用热网络方法具有的解算速度快，建模直观等优 点，能够确定圆壁缸体的径向热传导稳态温度极大值，进而可用于分析电子器件的热传导 问题。
图1是本发明的确定径向热传导稳态温度极大值的热网络建模方法的整体流程 图；图2是本发明方法所针对的圆壁缸体对象的结构示意图；图3是函数少1)的值域示意2 lnx图4是本发明步骤二中搭建的径向热传导稳态温度极大值热网络模型的示意图；图5是本发明步骤三种搭建的完整的径向热传导稳态温度极大值热网络模型示 意图；图6是本发明实施例中试验对象的结构示意图；图7是本发明实施例中的试验对象的热网络模型示意图；图8是本发明实施例中的试验对象定子铁芯径向稳态温度分布曲线示意图；图9是本发明实施例中的试验对象定子齿部径向稳态温度分布曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。如图I所示，本发明一种确定径向热传导稳态温度极大值的热网络建模方法的步骤如下步骤一、使用径向热传导稳态温度极大值网络建立所研究对象的热网络模型，列出热平衡方程，求解各温度结点的温度。如附图2所示为圆壁缸体的结构示意图，L为圆壁缸体的轴向长度，T1为圆壁缸体内径，r2为圆壁缸体外径。T1为圆壁缸体内表面温度，T2为圆壁缸体外表面温度。径向热传导稳态热平衡方程如下式所示
[T] + [G] = 0，其中， [Y]为热导矩阵，[T]为温度结点矩阵，[G]为热量矩阵，通过[T] = -[Yr1M，得到所建立的热网络模型中的中点温度T111和温度极大值Tniax，进一步根据所建立的研究对象的热网络模型，确定每个圆壁缸体的内、外表面温度；步骤二、确定每个圆壁缸体的径向热传导稳态温度极大值点rmax的分布⑴若圆壁缸体内表面温度T1和圆壁缸体外表面温度T2相等，则温度极大值点rmax处于圆壁缸体内径和外径之间；(2)若圆壁缸体内表面温度T1和圆壁缸体外表面温度T2不相等，根据温度极大值点rmax的分布判定值Λ = T2-T1及相应的判定值上限Amax和下限Amin，确定温度极大值点rDlM的分布-若7^ (Δ_，Δ·)，温度极大值点分布在圆壁缸体的内表面或者外表面；若 Δ e (^niin, Λ_)时，则温度极大值点r_分布在rjPr2之间rMX e (r1;r2)；步骤三、若径向热传导稳态温度极大值点rmax分布在圆壁缸体的内表面或者外表面上， 则最终的热传导稳态温度极大值T' max = max (T1, T2);若径向热传导稳态温度极大值点rmax 分布在圆壁缸体的内径和外径之间，则确定近似的补偿环节AT，然后确定最终的热传导稳态温度极大值T' max = Tmax+AT。
2.根据权利要求I所述的一种确定径向热传导稳态温度极大值的热网络建模方法，其特征在于，步骤一中所述的每个圆壁缸体的热网络模型中的温度极大值Tmax、三个热阻RpR2 和Rm的表达式通过下面过程得到(I)径向热传导稳态热平衡方程为
3.根据权利要求1所述的一种确定径向热传导稳态温度极大值的热网络建模方法，其 特征在于，步骤二中所述的判定值上限和下限具体是当圆壁缸体的结构、材料确定以后，温度极大值点只与圆壁缸体的内、外表面温度之差 有关，则有
4.根据权利要求1或2所述的一种确定径向热传导稳态温度极大值的热网络建模方 法，其特征在于，所述步骤三中的近似的补偿环节AT，具体是温度极大值Tmax的表达式为
全文摘要
本发明提出一种确定径向热传导稳态温度极大值的热网络建模方法，应用在圆壁缸体结构的热传导中，该方法首先使用径向热传导稳态温度极大值网络建立所研究对象的热网络模型，通过热平衡方程确定所建立的热网络模型中的各结点的温度，然后根据各圆壁缸体的内、外表面温度，确定各圆壁缸体径向热传导稳态温度极大值点rmax的分布。最后根据温度极大值点rmax的分布设计误差补偿环节，最终得到各圆壁缸体的径向热传导稳态温度极大值。本发明方法实现了采用热网络方法确定圆壁缸体的径向热传导稳态温度极大值，所确定的温度极大值更加准确，并具有的解算速度快，建模直观点，所得到的值能进一步用于分析电子器件的热传导问题。
文档编号G06F17/50GK102592024SQ201210004019
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者李凯, 王少萍 申请人:北京航空航天大学