[發明專利]一種基于粒子群算法的電梯門機驅動器散熱優化方法

在審

• 申請號: 201711211935.4
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN107958116A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 張今朝;朱海燕;呂健璐;錢蘇翔
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/00
• 代理公司: 上海市海華永泰律師事務所31302
• 代理人: 包文超

1.一種基于粒子群算法的電梯門機驅動器散熱優化方法，其特征在于，利用電梯門機驅動器散熱器的熱阻模型，通過電梯門機驅動器散熱器的自身熱阻R2和電梯門機驅動器散熱器與空氣的傳熱熱阻R3，計算出總熱阻值R；以及電梯門機驅動器散熱器的工作風量，應用粒子群算法求得當總熱阻和電梯門機驅動器散熱器的工作風量滿足條件時溫度控制在指定范圍內的散熱器最小體積。

2.根據權利要求1所述的一種基于粒子群算法的電梯門機驅動器散熱優化方法，其特征在于，粒子群算法尋優步驟如下：

S1：開始；

S2：輸入參數；粒子群規模設為10，迭代次數設定100，金屬平板數量的取值范圍設為(20，60)，金屬平板厚度范圍設為(0.001，0.01)，散熱器的長度范圍設為(0.062，0.172)；

S3：通過S2計算出總熱阻值R和臨界散熱器的工作風量；

S4：初始化粒子以及粒子速度；

S5：檢查散熱器的工作風量和總熱阻值，散熱器的工作風量過小或是總熱阻值R過大，執行S4，重新初始化；

S6：適應值計算；

S7：粒子速度更新；

S8：粒子位置更新；

S9：檢查散熱器的工作風量和總熱阻值R，散熱器的工作風量過小或是總熱阻值R過大，執行S7，重新對粒子速度和粒子位置進行更新；

S10：散熱器的工作風量和總熱阻值R在正常范圍內，進行適應值計算；

S11：當前值是否小于局部最優值，如果是進入到S12；如果否，進入到S13；

S12：局部最優值更新；

S13：當前值是否小于合局最優值，如果是，進入S14；如果否，進入S15；

S14：全局最優值更新；

S15：是否到迭代閃數或收斂；如果是，進入S16；

S16：輸出全局最優值；

最終得到散熱器結構參數的最優適應解，得到最優散熱器結構；

其中，總熱阻值R＝電梯門機驅動器散熱器的自身熱阻R2+電梯門機驅動器散熱器與空氣的傳熱熱阻R3，即R＝R2+R3(1)；

電梯門機驅動器散熱器的自身熱阻：散熱器由n塊一端相連的金屬平板組成，相連一端組成了基板，金屬平板的長寬高分別為L，b，l；電梯門機驅動器散熱器金屬平板內沒有熱源，且熱流是一維和穩定的，由傅里葉導熱方程可得，傳導的熱量：

P=-KsAdtdx=KsAT-tl---(2)]]>

(2)式中：P為傳導熱量(KCalth/h)，K_s為導熱系數(KCalth/h.m.℃)，A為散熱器的傳熱表面積(m²)，T-t為2端面溫差(℃)，l為金屬平板的高(m)，可得：

單位換算后可得：

Ks為金屬平板的導熱系數；

其中，電梯門機驅動器散熱器與空氣的傳熱熱阻，根據層流和湍流的不同情況進行分析：當

(1)風冷冷卻時，設功率器件工作在一個大氣壓、相對濕度不超過90％的環境中；

(2)空氣的流速遠小于聲速，如小于7m/s；

(3)空氣的流動處于穩定狀態；

(4)散熱器工作的環境溫度在：-25℃到250℃之間；

金屬平板邊界層隨著與風機距離增大，雷諾數不斷的增大，當超過了雷諾數臨界值，即超過了臨界距離，層流向湍流過渡，臨界距離可由式(5)所得；

Xc=Rec*vus---(5)]]>

式中：Re_c為臨界雷諾數，v為空氣粘度(m²/s)，u_s為空氣流速(m/s)。

當L＜X_C時，邊界層處于層流狀態，此時的局部努塞爾數為：

Nux＝0.332Re_x^1/2Pr^1/3＝h_x*x/λ (6)

式中：Re_x為x處的雷諾數；Pr為空氣的普朗特數，Pr等于空氣粘度系數與導熱系數之間的比值，無量綱，且與x無關；h_x為x處的空氣對流傳熱系數；λ為空氣的導熱系數。

對局部努塞爾數在金屬平板長度L內積分，再乘以L，可得到平均努塞爾數，如式(7)所示，

Num=1L∫0L(Nux)dx=0.664Re1/2Pr1/3---(7)]]>

式中：其它參數同上，

由式(6)和式(7)可以推出空氣對流平均傳熱系數，如式(8)所示。

h=λL0.664Re1/2Pr1/3---(8)]]>

同上可推出，當L＞X_C時，邊界層處于湍流的狀態，此時的局部努塞爾數為：

Nux＝0.0296Re_x^4/5Pr^1/3 (9)

金屬平板邊界的臨界雷諾數一般取為5×10⁵，可得出L超過臨界長度后的平均努塞爾數和平均傳熱系數分別如式(8)和式(9)所示。

Num＝(0.037Re^4/5-871)Pr^1/3 (10)

h=λL(0.037Re4/5-871)Pr1/3---(11)]]>

R3=11.16hA---(12)]]>

A為散熱器的傳熱表面積；

R=R2+R3=l1.16KsLbn+11.16hA---(13)]]>

其中，電梯門機驅動器散熱器的工作風量，可以由散熱器中風扇的特性曲線和風道的風阻特性曲線的交點求得，風扇的特性曲線由散熱器生產廠家提供，風道的特性曲線可由下列公式(14)求得，

Rf=δρLu28Rs---(14)]]>

式中：R_s為風力半徑(m)；Rf為風道阻力(Pa)；δ為摩擦系數，取0.022；ρ為空氣密度(kg/m³)；L為風道長度(m)；u為風速(m/s)。