[发明专利]基于热阻网络的自然冷却对称UI电感温度场计算方法

权利要求书

1.一种基于热阻网络的自然冷却对称UI电感温度场计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：材料准备：准备好计算所需要的物性材料，包括几何尺寸和材料物性参数；

S2：划分热阻节点：根据电感几何尺寸以及线圈缠绕方式连接形式对对称UI电感划分热阻节点；

S3：绘制热阻网络图：根据结构特征以及热阻节点的分布，绘制对称UI电感热阻网络图；

S4：计算热阻值：根据几何参数和材料物性计算出热阻网络中每个热阻的热阻值；

S5：求解热阻网络：将热阻值代入到绘制好的热阻网络中，经过迭代计算后，得到最终各个节点的温度值，从而得出对称UI电感温度场分布。

2.根据权利要求1所述的基于热阻网络的自然冷却对称UI电感温度场计算方法，其特征在于：所述步骤S1中，确定对称UI电感内部各个部件的几何尺寸，确定各个部件连接方式和物性参数；所述物性参数包括磁芯材料、线圈材料及缠绕方式、环境温度、空气热物性参数、电感运行参数、磁芯及线圈发热量。

3.根据权利要求1所述的基于热阻网络的自然冷却对称UI电感温度场计算方法，其特征在于：所述步骤S2中，将对称UI电感的磁芯、线圈以及气隙根据结构特征环境等效为不同节点。

4.根据权利要求1所述的基于热阻网络的自然冷却对称UI电感温度场计算方法，其特征在于：步骤S3中包括：相同材料两个相接触的节点之间，设置温度点；两个不同材料相接触的节点之间，设置接触热阻；与空气接触的面上，设置对流热阻后接地；存在狭缝的位置，用狭缝热阻连接；对称面上无热流量流过，用0连接表示；

不存在温度差的节点之间直接线条连接，存在温度差的节点之间用接触热阻连接，存在狭缝的位置用狭缝热阻连接，与空气接触的块之间用对流热阻连接，将各个节点、连线、热阻相互连接形成热阻网络模型。

5.根据权利要求1所述的基于热阻网络的自然冷却对称UI电感温度场计算方法，其特征在于：步骤S4中，对称UI电感模型，简化为1/4模型进行热阻网络的构建，计算各个热阻节点模块格拉晓夫数Gr，瑞丽数Ra，普朗特数Pr：

其中：g为重力加速度，v为运动粘度，l为特征长度，ΔT为物体温度与环境温度温差，β为体积变化系数，T_m为计算定性温度；

其中，Gr^*为一种新型特征数，q为热流密度，Nu为努塞尔数，λ_c为空气导热系数；

R_a＝G_r·P_r

其中，Pr为普朗特常数；

对于努塞尔数Nu和特征长度l，分为五种类型计算：垂直面，水平顶面，水平底面，水平狭缝，竖直狭缝；

(1)竖直面

其中Ra＝10^-6～∞；

l＝h

(2)水平顶面

其中，6.37×10⁵Gr^*1.12×10；

当表面为圆时，

(3)水平底面

Nu＝0.747(Gr^*·Pr)^1/6

其中，6.37×10⁵Gr^*1.12×10⁸

当表面为圆时：

(4)空气夹层

1)当竖直空气夹层Gr≤2860和对于水平夹层(底面为热面)Gr≤2430时，气隙的等效导热系数hc＝λc，λc为空气导热系数；

2)当竖直空气夹层Gr2860和对于水平夹层Gr2430时：

①当气隙比时，

竖直狭缝：

水平狭缝：

Nu＝0.059(Gr·Pr)^0.4 2.4×10³≤Gr≤1.0×10⁴

Nu＝0.212(Gr·Pr)^1/4 1.0×10⁴≤Gr≤4.6×10⁵

Nu＝0.061(Gr·Pr)^1/3 Gr4.6×10⁵

②当气隙比时，

竖直狭缝

Nu＝0.59(Gr·Pr)^1/4 1.0×10⁴≤Gr.Pr≤1.0×10⁹

Nu＝0.1(Gr·Pr)^1/3 1.0×10⁹≤Gr.Pr≤1.0×10¹²

水平平板热面朝上或冷面朝下

Nu＝0.54(Gr·Pr)^1/4 1.0×10⁵≤Gr.Pr≤2.0×10⁷

Nu＝0.14(Gr·Pr)^1/3 2.0×10⁷≤Gr.Pr≤3.0×10¹⁰

水平平板冷面朝上或热面朝下

Nu＝0.27(Gr·Pr)^1/4 3.0×10⁵≤Gr.Pr≤2.0×10¹⁰

3)当Gr超出上述范围时，单独建立气隙模型，利用有限元方法对气隙进行温度场计算，提取气隙等效换热系数，代入热阻网络中进行计算；

l＝s

计算对流换热系数h_c：

热阻网络建立时，对称面上无热流量流过，节点统一为0；

线圈转角热流量沿路径Z传递，X为法线方向，Sor与空气接触，转角由面积等效为长方形处理，热阻网络中，X方向上两个边界都与空气接触。

6.根据权利要求1所述的基于热阻网络的自然冷却对称UI电感温度场计算方法，其特征在于：所述步骤S5具体包括以下步骤：

计算出各个热节点模块磁芯和线圈内热源大小P_n，假设初始热功率P₀和热导均为G₀；

参照热阻网络图，依次计算每个节点的热功率和热导；mi为支路i的正节点，ni为支路i的负节点，Pi为节点上热源，Gi为热导率；

当正节点数m_i0时，

G_mi,mi＝G_mi,mi+G_i

P_mi＝P_mi+p_i

当负节点数n_i0时，

G_ni,ni＝G_ni,ni+G_i

P_mi＝P_mi-p_i

当正节点数，负节点数均0时

G_pi,ni＝G_pi,ni-G_i

G_ni,pi＝G_ni,pi-G_i

运行对称UI电感自然冷却方法，得出所有热节点上的温度值。