本發(fā)明測溫設(shè)備，尤其涉及一種基于cfd仿真分析的場域測溫設(shè)備的散熱分析優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)電力設(shè)備維修檢測需要耗費大量的人力物力成本，且危險系數(shù)高，雙光譜遠距離場域測溫設(shè)備能夠?qū)崟r檢測場域電力設(shè)備，及時反饋異常，數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r傳輸，面向無人變電站的智能終端系統(tǒng)。雙光譜遠距場域測溫系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時測溫、對電力裝備進行健康管理、智能運行狀態(tài)進行評估評估，能及時預(yù)警電廠設(shè)備故障，精準(zhǔn)顯示故障點。雙光譜遠距離場域測溫設(shè)備在工作時，其中的紅白光相機、路由器模塊、交換機模塊、溫控板和主控板等部件會因為電子器件的運行而產(chǎn)生大量的熱量；這些熱量會從源頭向周圍環(huán)境傳播，導(dǎo)致設(shè)備的內(nèi)部空間出現(xiàn)較高的熱流密度，從而使設(shè)備的溫度升高；在密封的機箱內(nèi)部，由于空間較為狹小并且存在組件堆疊的情況，這不利于形成有效的氣流循環(huán)；結(jié)果導(dǎo)致空氣流動受阻，形成了局部氣流死區(qū)，無法將熱氣散出，可能會使得場域測溫設(shè)備內(nèi)的電子器件損壞；但是由于場域測溫設(shè)備內(nèi)的電子器件的排列安裝的位置不同，堆疊的緊湊程度不同，集成化的程度也有所不同；因此在不同類型的場域測溫設(shè)備溫度的分布情況和溫度變化情況都有所不同，場域測溫設(shè)備內(nèi)的溫度超過場域測溫設(shè)備內(nèi)各種電子器件正常工作運行的溫度范圍，則會使的場域測溫設(shè)備內(nèi)的電子器件損壞，場域測溫設(shè)備無法進行正常的測溫工作。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于cfd仿真分析的場域測溫設(shè)備的散熱分析優(yōu)化方法，分析場域測溫設(shè)備正常運行時的溫度分布和變化，確定場域測溫設(shè)備內(nèi)局部最高溫度，對場域測溫設(shè)備物理結(jié)構(gòu)和邊界條件進行優(yōu)化設(shè)計，確保場域測溫設(shè)備內(nèi)的局部高溫區(qū)的溫度達到設(shè)備正常工作的溫度范圍內(nèi)。

2、技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種基于cfd仿真分析的場域測溫設(shè)備的散熱分析優(yōu)化方法，包括以下步驟：

3、s1、基于構(gòu)建的場域測溫設(shè)備熱量傳遞的數(shù)學(xué)模型，建立場域測溫設(shè)備的產(chǎn)熱模型；

4、s2、基于場域測溫設(shè)備的幾何形狀建立場域測溫設(shè)備的仿真三維物理模型，對場域測溫設(shè)備的仿真三維物理模型定義邊界條件，并定義場域測溫設(shè)備的材料屬性；

5、s3、對場域測溫設(shè)備的仿真三維物理模型的計算區(qū)域進行有元網(wǎng)格劃分，并檢驗網(wǎng)格的劃分是否達到求解標(biāo)準(zhǔn)，否則重新進行網(wǎng)格劃分，是則進行下一步驟；

6、s4、對場域測溫設(shè)備的仿真三維物理模型進行仿真求解，得到場域測溫設(shè)備達到熱穩(wěn)態(tài)時溫度的分布和變化；

7、s5、根據(jù)s4得到的溫度云圖，得出場域測溫設(shè)備中局部的最高溫度和分布情況區(qū)域；

8、s6、根據(jù)仿真三維物理模型、模型的邊界條件和材料屬性，搭建實物場域測溫設(shè)備并按設(shè)定的條件運行，檢測其實際溫度與s4中仿真分析的誤差是否處于可接受的范圍內(nèi)，是則進行下一步；

9、s7、根據(jù)s5的結(jié)論，對s2的模型和邊界條件進行優(yōu)化設(shè)計；

10、s8、執(zhí)行s3-s7，直至優(yōu)化后場域測溫設(shè)備的局部的最高溫度達到設(shè)備正常工作的溫度范圍。

11、進一步的，所述場域測溫設(shè)備熱量傳遞的數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，通過單位面積上產(chǎn)生的熱流量與介質(zhì)內(nèi)所處的溫度梯度之間存在比例關(guān)系表達式，所述比例關(guān)系表達式如下：

12、

13、式中，q為熱流量，a為熱量流經(jīng)表面積，λ為流體導(dǎo)熱系數(shù)，“-”表示為熱量在逆向溫度梯度上流動；

14、當(dāng)λ不變，介質(zhì)中無熱源，溫度的改變采用擴散方程表示，擴散方程如下：

15、

16、式中，c為比熱容，ρ為介質(zhì)的密度。

17、進一步的，將表達溫度改變的擴散方程由三維公式的轉(zhuǎn)化為一維公式，得到一維的溫度梯度表達式，并將表達式代入至比例關(guān)系表達式得到熱量流動公式；溫度不變且溫度梯度恒定不變，一維的溫度梯度表達式如下：

18、

19、式中，d為設(shè)備外殼的厚度，t1為設(shè)備內(nèi)腔溫度，t2為場域測溫設(shè)備所處環(huán)境溫度；將一維的溫度梯度表達式代入比例關(guān)系表達式得到熱量流動公式：

20、

21、進一步的，將場域測溫設(shè)備的殼體劃分為若干層無限薄且均勻一致的外殼層，得到每一層的熱量流動公式；第n層的熱量流動公式為：

22、

23、式中，tn、tn+1分別表示n層兩層的溫度，

24、當(dāng)每一層經(jīng)過的熱流量相等，第n層的熱量流動公式如下所示：

25、

26、進一步的，根據(jù)場域測溫設(shè)備殼體外界的溫度tn和tn，采用遞推方法得到場域測溫設(shè)備殼體的熱流量公式，并引入殼體的熱阻力進行簡化，將簡化后的公式作為場域測溫設(shè)備熱量傳遞的數(shù)學(xué)模型；

27、

28、進一步的，所述s2中，場域測溫設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)包括密閉的設(shè)備殼體，所述設(shè)備殼體包括主控板、紅光相機、紅光相機控制板、交換機電路板、路由器模塊、第一白光相機模塊和第二白光相機模塊；所述紅光相機安裝在紅光相機控制板上，所述第一白光相機模塊和第二白光相機模塊分別設(shè)置在紅光相機的兩側(cè)；所述主控板水平固定在設(shè)備殼體內(nèi)壁底部，且主控板位于紅光相機遠離鏡頭端的一側(cè)；所述交換機電路板平行于主控板的上方，所述交換機電路板與主控板之間形成散熱腔；所述路由器模塊固定在交換機電路板上側(cè)，所述路由器模塊的上方設(shè)置有出風(fēng)端朝下的內(nèi)循環(huán)單元，所述內(nèi)循環(huán)單元的四周為進風(fēng)端，所述內(nèi)循環(huán)單元固定安裝在設(shè)備殼體的頂壁；

29、所述紅光相機的四周圍合有金屬圍合壁，將第一白光相機模塊和第二白光相機模塊隔離在金屬圍合壁的外側(cè)；紅光相機殼體的上端通過導(dǎo)熱塊傳熱配合設(shè)備殼體的頂壁；

30、所述交換機電路板與金屬圍合壁之間形成連通過道，所述交換機電路板的兩側(cè)分別與設(shè)備殼體的內(nèi)壁之間形成第一側(cè)過道和第二側(cè)過道；所述交換機電路板上部空間分別通過連通過道、第一側(cè)過道和第二側(cè)過道連通散熱腔；

31、所述導(dǎo)熱塊與金屬圍合壁之間形成一圈環(huán)狀通道，所述金屬圍合壁所圍合的空間通過環(huán)狀通道連通設(shè)備殼體內(nèi)腔；

32、基于上述物理結(jié)構(gòu)建立場域測溫設(shè)備的仿真三維物理模型，并對場域測溫設(shè)備的仿真三維物理模型定義邊界條件，定義場域測溫設(shè)備的材料屬性。

33、進一步的，一種基于cfd仿真分析的場域測溫設(shè)備的散熱分析優(yōu)化方法，所述s4和s5得到的場域測溫設(shè)備的溫度云圖，可知主控板有一個局部高溫區(qū)，且局部高溫區(qū)在靠近主控板的中心區(qū)域；局部高溫區(qū)的溫度已經(jīng)超過設(shè)備正常工作的最高溫度，則需要優(yōu)化設(shè)計。

34、進一步的，根據(jù)步驟s5的結(jié)論，對步驟s2的場域測溫設(shè)備的仿真三維物理模型的結(jié)構(gòu)和邊界條件的優(yōu)化設(shè)計如下：將交換機電路板上方的內(nèi)循環(huán)單元移動至交換機電路板和金屬圍合壁之間的連通過道的上方。

35、進一步的，完成后重新進行s3、s4、s5，場域測溫設(shè)備的局部最高溫度達到設(shè)備正常工作的溫度范圍內(nèi)，則完成優(yōu)化。

36、有益效果：本發(fā)明的一種基于cfd仿真分析的場域測溫設(shè)備的散熱分析優(yōu)化方法，通過建立場域測溫設(shè)備的產(chǎn)熱模型并建立場域測溫設(shè)備的仿真三維物理模型，通過ansys/icepak電子熱分析軟件對仿真三維物理模型進行熱仿真分析，得到場域測溫設(shè)備的溫度分布和變化或是溫度云圖，并基于的電子器件的安裝位置，安裝散溫設(shè)備或是散溫結(jié)構(gòu)的位置進行一個優(yōu)化設(shè)計，使得場域測溫設(shè)備穩(wěn)態(tài)運行時，場域測溫設(shè)備內(nèi)的局部高溫區(qū)的溫度達到設(shè)備正常運行的溫度范圍內(nèi)；通過優(yōu)化方法使得場域測溫設(shè)備可以正常穩(wěn)定的運行，并保障場域測溫設(shè)備的安全。