(19)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 202211137740.0 (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 张亚培　张慧芳　葛魁　苏光辉　 田文喜　秋穗正　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 何会侠 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种安全壳内分布式多层材料热构件节点 划分及导热计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种安全壳内分布式多层材 料热构件节点划分及导热计算方法， 步骤如下： 1、 指定多层材料热构 件的总材料层数、 临界热导 率以及各层材料厚度以及导热率、 密度、 比热容； 2、 判断材料热导率是否大于临界热导率， 若是， 到步骤3， 否则到步骤4； 3、 对当前材料划分均匀 节点； 4、 对当前材料划分非均匀节点； 5、 判断是 否完成所有材料节点划分； 6、 计算节点总数； 7、 初始化各节点 温度； 8、 求解多层材料热构 件各节 点的温度。 本方法能够对安全壳内分布式多层材 料热构件进行划分节点， 实现多层材料热构件导 热计算， 精确求解多层材料热构件各节点温度， 对于分析安全壳 内热工水力状态具有重要意 义。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 115408758 A 2022.11.29 CN 115408758 A 1.一种安全壳内分布式多层材料热构件节点划分及导热计算方法， 其特征在于： 包括 如下步骤： 步骤1： 指定多层材料热构件的总材料层数N、 临界热导率k0以及各层材料厚度xi、 导热 率ki、 密度ρi、 比热容ci； 步骤2： 对第i层材料进行节点划分： 当第i层材料热导率ki＞k0时， 到步骤3对该层材料 划分均匀节点； 当第i层材 料热导率ki≤k0时， 到步骤4对该层材 料划分非均匀节点； 步骤3： 划分均匀节点， 具体方法如下： 计算节点厚度Δxij： 式中： Δxi——节点厚度； xi——材料厚度； ni——自定义节点数量； 步骤4： 划分非均匀节点， 具体方法如下： 计算精细节点和粗 糙节点厚度： 1)精细节点厚度： 式中： Δxi,f——精细节点厚度； Δt——时间步长； ai——材料热扩散率； ρi——材料密度； ci——材料比热容； 2)粗糙节点厚度： 式中： Δxi,c——粗糙节点厚度； ni,f——自定义精细节点数量； ni,c——自定义 粗糙节点数量； 3)比较精细节点厚度Δxi,c和粗糙节点厚度Δxi,f： 如果Δxi,f＞Δxi,c， 跳到4)， 更新 粗糙节点厚度； 否则， 跳 到5)； 4)减少自定义 粗糙节点数量 ni,c， 直至Δxi,f≤Δxi,c； 5)计算第i层材 料节点数量 ni： ni＝ni,f+ni,c权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115408758 A 2步骤5： 判断是否所有材 料都完成了节点划分； 若是到步骤6， 否则到步骤2； 步骤6： 计算多层材 料热构件节点总数n： 式中： n——多层材 料热构件节点总数； 步骤7： 初始化各节点温度； 步骤8： 利用不含热源的一维导热方程求解多层材料热构件各节点的温度， 具体方法如 下： 1)内部节点， 即第2号至第n ‑1号节点， 一维导热 方程有限差分格式为： 式中： ρj——第j号节点材 料密度； cj——第j号节点材 料比热容； Δxj——第j号节点厚度； Δt——时间步长； Tj——时间步长末第j号节点温度； ——时间步长初第j号节点温度； Tj‑1——时间步长末第j ‑1号节点温度； Tj+1——时间步长末第j+1号节点温度； Rj——第j号节点和第j ‑1号节点之间的热阻； Rj+1——第j号节点和第j+1号节点之间的热阻； 式中： Δxj‑1——第j‑1号节点厚度； kj‑1——第j‑1号节点材 料热导率； Δxj——第j号节点厚度； kj——第j号节点材 料热导率； Rgap,j‑1,j——第j‑1号节点和第j号节点之间的间隙热阻； 如果第j号节点和第j ‑1号节 点的材料相同， 则为0； 式中： Δxj——第j号节点厚度； kj——第j号节点材 料热导率； Δxj+1——第j+1号节点厚度；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115408758 A 3