(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211084567.2 (22)申请日 2022.09.06 (71)申请人 华北电力大 学(保定) 地址 071000 河北省保定市莲池区永华北 大街619号 (72)发明人 孙海峰　郭悦凡　 (74)专利代理 机构 滁州弘知润创知识产权代理 事务所(普通 合伙) 34222 专利代理师 林凡燕 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种计及双重传热方向的轴对称电工装备 等效热路 分析方法 (57)摘要 本发明属于传热学计算技术领域， 尤其为一 种计及双重传热方向的轴对称电工装备等效热 路分析方法， 包括以下步骤： S1、 完成装备初始等 效热路的构建； S2、 完成对于初始热路的求解； S3、 完成对于初始划分结构的进一步细化； S4、 完 成对于重新划分后的热阻网络的计算。 本发明通 过综合考虑轴向和径向两个传热方向的细致的 传热情况， 从而可以比以往的热路分析方法更为 细致的计算结果， 在整体的温度分布的计算结果 和有限元计算结果之间的差异得到了有效的控 制， 得到的更为细致的等效热路将为未来的电工 装备的温度场优化提供更为具体和清晰的参考， 从而实现更为高效的精细化的优化。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115392043 A 2022.11.25 CN 115392043 A 1.一种计及双重传热方向的轴对称电工装备等效热路分析方法， 其特征在于： 包括以 下步骤： S1、 完成装备初始等效热路的构建； S11、 根据装备现有设计情况， 得到其纵向截面上的不同材料特性区域的分布情况， 同 时确定装备在实际运行 过程中各侧表面的温度场边界特性； S12、 采用矩形单元对各材料区域进行合理地初始划分， 即保证每个单元仅对应于一种 材料， 在这个过程中， 需要保证各 单元的所占面积或体积处在合理区间； 在各单元中按照传热方向的不同划分为： 对轴向传热情况进行等效的轴向单元以及对 径向传热情况进行等效的径向单元， 二者必须间隔布置； 另外， 对于等温度分布的边界处需 要将传热方向与之平行的单元替换为与之垂 直的传热单元， 对于热能注入边界处的单元同 样需要进 行类似的处理； 在计算热阻的过程中， 对于轴向单元， 位于轴向上的两个侧面分别 作为热通 量流过的截面， 轴向上的长度则作为长度进行考虑， 其对应的热阻为： 式中， Rz代表轴向单元的热阻， ρ 为该单元对应材料的热阻率， sz为轴向截面的面积， lz 为单元在轴向上的长度； 同时， 对于径向单元， 位于径向上的各曲面作为热通量流过的截 面， 考虑到径向上固有的放射特性， 这里采用微积分的思想该种 单元的热阻进行精细化的 计算， 从而可以得到对应的热阻为： 式中， Rr代表轴向单元的热阻， hr为单元在轴向上的高度， ro为单元的外径， ri为单元的 内径； S13、 在完成全部单元的热阻计算后， 将轴向位置一致的径向单元依次进行串联连接， 并且将位于其上下两侧处的轴向单元对应连接至径向位置对应的径向单元的连接节点处， 在完成整体热阻网络的搭建工作后， 即可完成相应装备的初始等效热路的构建工作； S2、 完成对于初始热路的求 解； S21、 在完成热阻网络的构建后， 在具体的求解步骤前需要添加对应的激励源， 其中， 对 于等温边界处的径向单元或轴向单元 的末端处需要布置等效的温度源， 同时， 对于热能注 入边界处的径向单 元或轴向单 元的末端处则需要布置等效的热源； S22、 将前一个步骤得到的热阻网络以及本步骤中添加的等效源对应转化为等值的 电 阻网络以及电源， 即热阻的数值和电阻的数值一一对应， 相应的连接 关系也一一对应， 等效 的温度源 对应于相应数值的电压源， 等效的热源则对应于相应数值的电流源； S23、 利用包括节点电压法在内的电路分析方法完成相应的电网络的求解可以完成对 于初始热路的求 解， 求解结果中的电压数值即和相应节点处的温度数值相对应； S3、 完成对于初始划分结构的进一 步细化； 对网络中所有热阻两侧的温度梯度进行计算， 并且计算其均值， 针对于其中插值要明 显大于其他热阻的单元， 重新进 行单元的划分， 从而构建得到更为精细的单元划分结构； 在 完成全部的单元细化分割后则按照步骤S1当中的热阻计算方法完成新的热阻网络的构建权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115392043 A 2和计算； S4、 完成对于 重新划分后的热阻网络的计算； 在完成重新划分而得到的新的热阻网络的基础上在边界处再次添加对应的温度源或 热源， 并且再次利用电路中的有关方法再次进行计算即可。 2.根据权利要求1所述的一种计及双重传热方向的轴对称电工装备等效热路分析方 法， 其特征在于： 所述步骤S1 中， 在靠近轴向热源边界处的轴向单元的径向宽度减小为同一 轴向位置处的其他热阻的二分之一， 从而模拟 靠近边界处的轴向的热能传递； 同时， 对于最 为靠近轴向温度边界的两个轴向单元， 其中和轴向温度边界有交集的一个单元变为径向单 元， 而对于与之靠近的轴向单元则从轴向的二分之一处一分为二， 变为两个更小的轴向单 元， 二者之间的节点和前面的新的径向单元形成新的连接； 对于和径向温度边界相连的轴 向单元， 其轴向单 元的高度为 其他轴向位置处的其 他正常轴向单 元的二分之一。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115392043 A 3