面温控制加热片排布优化方法及系统、设备、存储介质与流程

本发明涉及温度控制，特别涉及一种面温控制加热片排布优化方法。本发明还涉及一种面温控制加热片排布优化系统和一种电子设备、一种计算机可读存储介质。

背景技术：

1、在超精密机械复杂系统中，内外部热流环境的波动往往影响整体性能，因此其对于部分区域面温度控制的均匀性有所需求。

2、随着现代精密机械技术的发展，对于精密器械所处的环境的调控愈加深入，其中，环境的温度更是通过引入热变形的方式深刻影响精密机械的性能，不同的组件由于不同的功能组成可能存在不同的热环境需求，因此，对于精密器械内外各处的温度控制要求愈加严苛。

3、目前，精密机械的部分核心部件的温控往往需要同时通过散热(风冷、水冷等)与加热(热阻丝等)的方式进行，而由于冷热源的不均匀分布，对应的为实现某个关键表面的温度均匀性往往需要同时使用多个加热片，并分别给定不同的功率。

4、在现有技术中，加热片在温控目标面上的排布形式，通常是采用规则形状的加热片，比如矩形加热片、圆形加热片、六边形加热片等，然后将各个加热片均匀地铺设在温控目标面上，需要加热量较大的位置就使用较多发热功率较高的加热片，需要加热量较小的位置就使用较少发热功率较低的加热片。然而，在温控目标面上，需要进行加热处理的位置往往不可能呈规则图形分布，而是呈弯弯曲曲的不规则形状，而采用规则形状、规则排布且固定面积的加热片进行加热，容易出现加热区域过多或加热盲区、局部区域热量过高或不足等问题，尤其是在相邻的两个加热位置，当两者需要的加热量不同时，相邻的不同发热功率的加热片还会互相影响，导致面温均匀性较差。

5、因此，如何在满足温控目标面的热流量需求的基础上，提高面温均匀性，是本领域技术人员面临的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种面温控制加热片排布优化方法，能够在满足温控目标面的热流量需求的基础上，提高面温均匀性。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种面温控制加热片排布优化方法，包括：

3、根据温控目标面的实际产品参数建立初始仿真模型；

4、通过有限元分析软件对所述初始仿真模型进行网格划分，并以所述温控目标面的全局预期温度作为边界条件进行仿真运行，以获得与所述温控目标面对应的连续热功率密度分布；

5、将所述连续热功率密度分布按照预设热功率密度梯级划分为多个热功率密度不同的连续热区，并根据各所述连续热区的分布形状分别在各所述连续热区内生成由多个异形加热片互相拼接形成的初始排布形式；

6、根据所述连续热功率密度分布通过均匀化算法计算与各所述异形加热片对应的划分区域的离散热功率密度分布，并根据所述初始仿真模型以及各所述异形加热片在所述初始仿真模型上的初始排布形式建立细化仿真模型；

7、以所述离散热功率密度分布作为初始条件，以所述温控目标面的许用离散热流密度作为边界条件，对所述细化仿真模型进行仿真运行，并根据仿真结果分析所述温控目标面的温度分布均匀性，若当前温度分布均匀性不合格，则根据仿真结果修正各所述异形加热片的排布形式，直至所述温控目标面的温度分布均匀性合格。

8、优选地，所述温控目标面的实际产品参数包括所述温控目标面的形状参数、材料属性材料及热传导参数。

9、优选地，根据各所述连续热区的分布形状分别在各所述连续热区内生成由多个异形加热片互相拼接形成的初始排布形式，具体包括：

10、根据各所述连续热区的分布形状分别在各所述连续热区内按照疏密程度与加热片的功率密度极限值将各所述连续热区划分为多个离散热区，并根据各所述离散热区的形状拟合形成各所述异形加热片的初始排布形式。

11、优选地，根据所述连续热功率密度分布通过均匀化算法计算与各所述异形加热片对应的划分区域的离散热功率密度分布，具体包括：

12、根据与各所述离散热区对应的连续热功率密度值，按照预设加权值计算各所述异形加热片对应的离散热功率密度值。

13、优选地，若当前温度分布均匀性不合格，则还包括：

14、调整均匀化算法，并通过调整后的均匀化算法重新计算与各所述异形加热片对应的划分区域的离散热功率密度分布，直至所述温控目标面的温度分布均匀性合格。

15、本发明还提供一种面温控制加热片排布优化系统，包括：

16、第一建模模块，用于根据温控目标面的实际产品参数建立初始仿真模型；

17、第一仿真模块，用于通过有限元分析软件对所述初始仿真模型进行网格划分，并以所述温控目标面的全局预期温度作为边界条件进行仿真运行，以获得与所述温控目标面对应的连续热功率密度分布；

18、划分排布模块，用于将所述连续热功率密度分布按照预设热功率密度梯级划分为多个热功率密度不同的连续热区，并根据各所述连续热区的分布形状分别在各所述连续热区内生成由多个异形加热片互相拼接形成的初始排布形式；

19、离散计算模块，用于根据所述连续热功率密度分布通过均匀化算法计算与各所述异形加热片对应的划分区域的离散热功率密度分布；

20、第二建模模块，用于根据所述初始仿真模型以及各所述异形加热片在所述初始仿真模型上的初始排布形式建立细化仿真模型；

21、第二仿真模块，用于以所述离散热功率密度分布作为初始条件，以所述温控目标面的许用离散热流密度作为边界条件，对所述细化仿真模型进行仿真运行；

22、校核调整模块，用于根据所述第二仿真模块的仿真结果分析所述温控目标面的温度分布均匀性，若当前温度分布均匀性不合格，则根据仿真结果修正各所述异形加热片的排布形式，直至所述温控目标面的温度分布均匀性合格。

23、优选地，所述划分排布模块包括：

24、连续划分模块，用于将所述连续热功率密度分布按照预设热功率密度梯级划分为多个热功率密度不同的连续热区；

25、离散划分模块，用于根据各所述连续热区的分布形状分别在各所述连续热区内按照疏密程度与加热片的功率密度极限值将各所述连续热区划分为多个离散热区；

26、拟合成型模块，用于根据各所述离散热区的形状拟合形成各所述异形加热片的初始排布形式。

27、优选地，还包括：

28、辅助调整模块，用于在当前温度分布均匀性不合格时调整均匀化算法，并通过调整后的均匀化算法重新计算与各所述异形加热片对应的划分区域的离散热功率密度分布，直至所述温控目标面的温度分布均匀性合格。

29、本发明还提供一种电子设备，包括：

30、存储器，用于存储计算机程序；

31、处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述的面温控制加热片排布优化方法的步骤。

32、本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的面温控制加热片排布优化方法的步骤。

33、本发明所提供的面温控制加热片排布优化方法，主要包括五个步骤，核心思想是通过虚拟建模进行有限元分析的方式找到加热片排布的最优解。首先，在第一步中，根据精密机械上的温控目标面的实际产品参数建立初始仿真模型。其次，在第二步中，将第一步中建立的初始仿真模型导入有限元分析软件中，再通过有限元分析软件对初始仿真模型进行网格划分，并以温控目标面的全局预期温度作为边界条件进行仿真运行，以获得与温控目标面对应的连续热功率密度分布(或连续热流量密度分布)，即形成热功率需求连续化的热模型。接着，在第三步中，将连续热功率密度分布按照预设热功率密度梯级划分为多个热功率密度不同的连续热区，并根据各连续热区的分布形状分别在各连续热区内生成由多个异形加热片互相拼接形成的初始排布形式，即实现温控目标面上的连续热功率需求的划片和实现加热片的初始异形划分。然后，在第四步中，根据连续热功率密度分布通过均匀化算法计算与各异形加热片对应的划分区域的离散热功率密度分布，并根据初始仿真模型以及各异形加热片在初始仿真模型上的初始排布形式建立细化仿真模型，即实现热功率需求离散化和热模型更新。最后，在第五步中，以离散热功率密度分布作为初始条件，以温控目标面的许用离散热流密度作为边界条件，对细化仿真模型进行仿真运行，并根据仿真结果分析温控目标面的温度分布均匀性，若当前温度分布均匀性不合格，则根据仿真结果修正各异形加热片的排布形式，直至温控目标面的温度分布均匀性合格，即可输出最新的异形加热片的排布形式，在实际产品上进行对照处理即可。

34、如此，本发明所提供的面温控制加热片排布优化方法，对异形加热片的划分是通过与温控目标面的的热流量需求仿真结合的方式进行的，更贴近所针对的温控应用场景生成异形加热片的排布形式，同时根据热流量分布进行加热片形状拓扑，通过针对性地调节各个异形加热片的离散功率能够更有效地实现所需的温控效果和温度均匀性。相比于现有技术，各个异形加热片的排布形式得到优化，更加贴近温控目标面上需要加热位置的分布形状，更加精确地满足不同加热位置对于热流量的个性化需求，并且各个异形加热片按照各自的发热功率进行发热时，温控目标面的温度分布均匀性能够达到最佳。

35、综上所述，本发明所提供的面温控制加热片排布优化方法，能够在满足温控目标面的热流量需求的基础上，提高面温均匀性。