(19)中华 人民共和国 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 202111522092.6 (22)申请日 2021.12.14 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七二 三研 究所 地址 225001 江苏省扬州市广陵区南河下 26号 (72)发明人 谭公礼　刘则良　戴志强　方堃　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 代理人 薛云燕 (51)Int.Cl. G01N 25/00(2006.01) G01N 25/12(2006.01) H05K 7/20(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种基于等效比热容的相变储能结构热分 析方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于等效比热容的相变 储能结构热分析方法， 该方法基于弹载电子设备 包括体积、 重量、 外界换热条件、 热功率、 工作时 间的多参数约束条件， 运用相变材料等效比热容 计算方法， 以尺寸、 重量、 结构、 相变材料种类为 参数进行多目标优化， 形成包括相变材料质量、 温度分布的多参数最佳组合， 得到满足散热要求 的相变储能结构型式。 本发明通过将相变材料的 潜热值等效成比热容， 将相变过程等效为固定比 热容的单相物质进行仿真， 计算快捷方便、 结果 准确可靠 。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114264684 A 2022.04.01 CN 114264684 A 1.一种基于等效比热容的相变储能结构热分析 方法， 其特 征在于， 具体如下： 基于弹载电子设备包括体积、 重量、 外界换热条件、 热功率、 工作时间的多参数约束条 件， 运用相变材料等效比热容计算方法， 以尺 寸、 重量、 结构、 相变材料种类为参数进 行多目 标优化， 形成包括相变材料质量、 温度分布的多参数最佳 组合， 得到满足散热要求的相变储 能结构型式。 2.如权利要求1所述基于等效比热容的相变储能结构热分析方法， 其特征在于， 具体步 骤如下： 步骤1、 选定相变材料， 输入弹载电子设备的发热功率、 工作 时间、 初始温度， 以及铝合 金结构体的质量m2， 选定相变材 料及铝合金结构体的物性 参数； 步骤2、 相变材料等效比热容计算方法： 设定相变材料质量为 m1， 计算相变材料的最终温 度T2和相变材 料的等效比热容； 步骤3、 相变储能结构瞬态热仿真计算方法： 以步骤2假定的相变材料质量和相变材料 的等效比热容， 进行相变储能结构瞬态热仿真计算， 确定相变材 料的最终状态温度T2’； 步骤4、 对比步骤3计算结果T2’与步骤2计算结果T2： 若T2‑T2’≥2， 则返回步骤2重新设定m1＝m1+5进行计算； 若T2’ ‑T2≥2， 则返回步骤2重新设定m1＝m1‑5进行计算； 否则， 进入步骤5； 步骤5、 校核弹载电子设备的器件表面温度， 判断是否满足器件工作温度需求： 如果满 足则进入步骤6， 否则返回步骤1； 步骤6、 确定相变材 料类型、 质量， 以及相变储能结构型式。 3.如权利要求2所述基于等效比热容的相变储能结构热分析方法， 其特征在于， 步骤2 所述相变材 料等效比热容计算方法， 具体如下： (2.1)根据弹载电子设备的结构， 以及初 始温度T1、 发热功率P及工作时间τ， 估 算相变材 料质量m1， 根据质量m1依据公式(6)确定相变材 料最终温度T2； 根据能量守恒定律， 弹载电子设备外部绝热， 发热量均被结构体吸收， 能量转换公式如 下： P τ ＝C1m1ΔT1+C2m1ΔT2+m1γ+C3m2ΔT3+C4m3ΔT4     (1) 公式(1)中， P为发热量， 单位W； τ为工作时间， 单位s； m1为相变材料质量， m2为铝合金结 构体质量， m3为电子器件质量， 单位均为kg； △T1为相变材料相变温度与起始状态温度差， △ T2为相变材料最终温度与相变温度 温度差，△T3为铝合金结构体温升， △T4为电子器件PCB 板温升， 单位均为℃； C1为相变材料相变前比热容， C2为相变材料相变后比热容， C3为铝合金 结构体比热容， C4为电子器件PCB板比热容， 单位均为J/(kg.k)； γ为相变潜热， 单位 为J/g； 电子器件比热容忽略， 公式(1)简化 为 P τ ＝C1m1ΔT1+C2m1ΔT2+m1γ+C3m2ΔT3       (2) 其中： △T1＝T0‑T1   (3) △T2＝T2‑T0   (4) △T3＝T3‑T1                  (5) T0为相变材料相变温度， T1为设备起始温度， T2为相变材料最终温度， T3为铝合金结构体权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114264684 A 2最终温度， 单位均为℃； 进行相变材料与铝合金结构为一体化设计， 相变材料镶嵌在铝合金结构体支架中以提 高导热效率， 因此近似认为T3＝T2； P τ ＝C1m1(T0‑T1)+C2m1(T2‑T0)+m1γ+C3m2(T2‑T1)   (6) 运用公式(6)计算得到相变材 料最终温度T2； (2.2)根据弹载电子设备的器件工作温度范围要求， 发热功率及工作时间， 根据选定的 相变材料物性参数C1、 C2、 C3、 γ和最终温度T2， 依公式(7)计算相变材 料的等效比热容； C‘m1(T2‑T1)＝C1m1(T0‑T1)+C2m1(T2‑T0)+m1γ   (7) 式中C‘为相变材 料等效比热容， 单位 为J/(kg.k)。 4.如权利要求2所述基于等效比热容的相变储能结构热分析方法， 其特征在于， 步骤3 所述相变储能结构瞬态热仿真计算方法， 具体如下： (3.1)根据等效比热容C ’、 相变材料质量m1， 铝合金结构体质量m2， 以及设备结构模型及 其热功率分布进行瞬态热仿真计算； (3.2)将相变材料等效为 固定比热容的单相材料， 采用FLOEFD仿真软件进行瞬态仿真； 导入设备结构模型， 设置相变材料的物性参数， 包括相变材料的等效比热容， 采用绝热壁 面， 设定热源 热耗值和工作时间及时间步长， 设置为内部流动， k ‑ε湍流模型， 外部环 境为绝 热； (3.3)根据热仿真计算结果， 对设备结构温度分布进行分析， 得到相变材料平均温度 T2’。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114264684 A 3