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申请/专利权人：中国船舶重工集团公司第七二三研究所

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。

主权项：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；所述基于等效比热容的相变储能结构热分析方法，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；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：Pτ＝C1m1ΔT1+C2m1ΔT2+m1γ+C3m2ΔT3+C4m3ΔT41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Jkg.k；γ为相变潜热，单位为Jg；电子器件比热容忽略，公式1简化为Pτ＝C1m1ΔT1+C2m1ΔT2+m1γ+C3m2ΔT32其中：△T1＝T0-T13△T2＝T2-T04△T3＝T3-T15T0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；Pτ＝C1m1T0-T1+C2m1T2-T0+m1γ+C3m2T2-T16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‘m1T2-T1＝C1m1T0-T1+C2m1T2-T0+m1γ7式中C‘为相变材料等效比热容，单位为Jkg.k。

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