[發明專利]一種液體冷卻散熱器散熱特性的數字孿生系統構建及使用方法

在審

• 申請號: 202310174499.7
• 申請日: 2023-02-28
• 公開（公告）號: CN116306263A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 宋學官;汪子逸;闞子云;李建基;來孝楠;楊亮亮;曹旭陽
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/048;G06N3/0499;G06N3/08;G06N3/04;G01M99/00;G01D21/02;G06F119/08;G06F119/02;G06F113/08
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 王海波

一種液體冷卻散熱器散熱特性的數字孿生系統構建及使用方法，屬于數字孿生領域。其基于數字孿生系統，由散熱物理模塊、傳感器模塊、算法模塊和實時虛擬顯示模塊四個模塊組成。散熱物理模塊為真實散熱器物理實體；傳感器模塊在散熱物理模塊的熱源部分和散熱器部分安裝熱電阻用于采集實時溫度；算法模塊建立散熱器工作信息的訓練集，并搭建神經網絡，將訓練集和神經網絡記錄在數據庫中；通過實時顯示模塊對散熱器散熱特性進行實時顯示。本發明能夠實時分析、監測和預測散熱器在長時間不同負荷下工作時散熱特性；本發明可在沒有物理實體的情況下預測散熱器的散熱特性，為散熱器的優化設計提供直觀、可靠的信息。

技術領域

本發明屬于數字孿生領域，涉及一種液體冷卻散熱器的散熱特性數字孿生系統構建及使用方法。

背景技術

液體冷卻散熱器是指采用液體為散熱介質，通過液體直接或間接接觸熱源來達到冷卻散熱的一種散熱器。這種散熱器是在空氣冷卻散熱器無法滿足散熱效果的背景下發展起來的。液體冷卻的效果優于空氣冷卻，在相同的泵功率條件下，液體冷卻的換熱效率比空氣冷卻的效率高得多。隨著電動汽車或混合動力汽車用電功率的增加，采用液體冷卻的散熱器比空氣冷卻散熱器更有優勢。而液體冷卻散熱器的結構復雜、涉及液相和固相，這些都對液體冷卻散熱器的設計和仿真工作造成了困難。

液體冷卻散熱器發展至今分為主動式和被動式、直接接觸和間接接觸。主動式液體冷卻系統是使用制冷裝置對電池進行冷卻。被動式冷卻系統中，電池熱量通過液體與外界空氣對流進行冷卻。如與熱源直接接觸時，冷卻液體必須具有絕緣性，以避免短路；間接接觸時，冷卻液體可以是水、乙二醇或油等，但必須置于一定的輔助部件(如管道、冷卻板、夾套等)中，熱源的熱量通過輔助部件傳導，再由冷卻液體將熱量帶走，從而使熱源冷卻。

中國科學技術大學的趙光輝、汪玉潔等人提出了一種應用數字孿生技術的水熱管理系統，該系統。該系統將數字孿生技術和水熱管理系統結合，提高水熱管理系統的工作效率。但是現有的散熱器數字孿生系統主要使用基于機理搭建的模型，對于基于數據驅動的模型缺乏研究；其次，現有數字孿生系統主要用于優化設計，實時預測的功能應用較少，不能完全發揮數字孿生系統的平臺價值。

在這個基礎上，提出一種液體冷卻散熱器的散熱特性數字孿生系統的構建及使用方法，利用已有數據和信息與實時監測數據建立訓練集，通過神經網絡對訓練集進行建模，可以在沒有散熱器物理實體的情況下，通過散熱器的設計信息預測散熱器的散熱特性。

發明內容

在工業產品散熱需求日益提高的背景下，通過綜合分析現有散熱性能仿真計算方法的缺陷和不足，本發明提出了一種基于數字孿生的液體冷卻散熱器散熱特性預測方法。基于fluent流體仿真方法和深度神經網絡技術，構建了液體冷卻散熱器散熱特性的數字孿生體，對不同的液體冷卻方式進行建模和仿真，最終實現對液體冷卻散熱器散熱特性的實時分析、監測和預測。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種液體冷卻散熱器的散熱特性數字孿生系統構建方法，該系統基于數字孿生系統，由散熱物理模塊、傳感器模塊、算法模塊和實時虛擬顯示模塊四個模塊組成。所述散熱特性包括熱安全性、熱可靠性和熱均衡性三個指標；所述散熱物理模塊為真實散熱器物理實體；所述傳感器模塊在所述散熱物理模塊的熱源部分和散熱器部分安裝熱電阻用于采集實時溫度；所述算法模塊基于散熱器有限元模型和傳感器模塊的數據建立散熱器工作信息的訓練集，利用訓練集搭建神經網絡，最后將訓練集和神經網絡記錄在數據庫中；所述實時顯示模塊基于所構建的神經網絡模型的預測信息實現對散熱器散熱特性的實時顯示。具體的：

所述散熱特性包括熱安全性、熱可靠性和熱均衡性三個指標。其中，熱安全性指散熱器控制溫度的能力，反映在待測熱源的溫度的高低上；熱可靠性指散熱器長時間控制溫度的能力，反映在待測熱源長時間的溫度波動；熱均衡性指散熱器控制溫度的均衡性，反映在待測熱源的溫度分布上。