水冷磁体线圈对流换热系数确定方法及系统

摘要

本发明公开一种水冷磁体线圈对流换热系数确定方法及系统，包括在水冷磁体线圈通入设定电流时，测量线圈的实测平均温度；在有限元分析软件中对水冷磁体线圈的三维模型模拟通入所述设定电流，并通过设定不同的壁面粗糙度，仿真得到不同壁面粗糙度所对应的线圈的模拟平均温度，线圈的实测平均温度在线圈的模拟平均温度的最小值与最大值之间；将不同的壁面粗糙度及其对应的线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数；将线圈的实测平均温度代入拟合函数，得到线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度；将线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙(56)对比文件卢勇;蔡立君;邹晖;李广生;刘健;刘德权.HL-2M环向场线圈水冷数值模拟与分析.核聚变与等离子体物理.2015,(第04期),320-326.李彪;童富果;龙伟;刘畅.一个基于多因素的冷却水管等效换热系数模型.水利水电技术.2015,(第11期),28-32.胡煜涛;欧阳峥嵘;李俊杰.40-T混合磁体外超导线圈迫流氦流动摩擦系数分析.低温工程.2017,(第03期),13-17.管宁;刘志刚;张承武;梁世强.壁面加热热流密度对微柱群内部换热特性的影响.北京工业大学学报.2013,(第04期),609-613.王凯;石伟;王罡.基于有限元模拟的换热系数计算方法.材料热处理学报.2018,(第10期),112-118.周山麒.高精度平面磨床主轴系统温度场模拟与实验研究.中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑.2014,B022-223.张意.无绝缘高温超导磁体电磁热特性分析与优化方法研究.中国博士学位论文.2022,A005-144.

权利要求

1.一种水冷磁体线圈对流换热系数确定方法，其特征在于，所述方法包括：在水冷磁体线圈通入设定电流时，测量线圈的实测平均温度；

在有限元分析软件中对水冷磁体线圈的三维模型模拟通入所述设定电流，并通过设定不同的壁面粗糙度，仿真得到不同壁面粗糙度所对应的线圈的模拟平均温度，其中，所述线圈的实测平均温度在线圈的模拟平均温度的最小值与最大值之间；

将不同的壁面粗糙度及其对应的线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数；

将所述线圈的实测平均温度代入所述拟合函数，得到所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度；

将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入所述有限元分析软件中进行模拟，得到线圈对流换热系数，包括：将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入流固交界面的壁面条件，提取流固交界面的热通量与温度参数；

基于所述流固交界面的热通量与温度参数，计算水冷磁体线圈与流体域交界面的平均对流换热系数。

2.如权利要求1所述的水冷磁体线圈对流换热系数确定方法，其特征在于，所述在水冷磁体线圈通入设定电流时，测量线圈的实测平均温度，包括：对所述水冷磁体线圈通设定温度的冷却水，并在线圈温度与水温度相等时，对所述水冷磁体线圈通入第一电流后测量线圈两端的第一电压；

根据所述第一电流和所述第一电压，计算在所述设定温度下线圈的第一电阻；

对所述水冷磁体线圈通入第二电流后测量线圈两端的第二电压，其中，所述第二电流大于所述第一电流；

基于所述第二电流、所述第二电压和所述第一电阻，计算通入所述第二电流时线圈的实测平均温度。

3.如权利要求2所述的水冷磁体线圈对流换热系数确定方法，其特征在于，所述基于所述第二电流、所述第二电压和所述设定温度下线圈的电阻，计算通入所述第二电流时线圈的实测平均温度，包括：根据所述第二电流和所述第二电压，计算通入所述第二电流时线圈时线圈的第二电阻；

基于所述第二电阻和所述第一电阻，通入所述第二电流时线圈的实测平均温度。

4.如权利要求3所述的水冷磁体线圈对流换热系数确定方法，其特征在于，通入所述第二电流时线圈的实测平均温度的计算公式为：式中： 为第一电阻， 为第二电阻， 为第一电压，为第一电流， 为第一电压，为第一电流，为线圈电阻率温度系数，为通入所述第二电流时线圈的实测平均温度。

5.如权利要求1所述的水冷磁体线圈对流换热系数确定方法，其特征在于，所述将不同的壁面粗糙度及其对应的线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数，包括：采用最小二乘法对不同的壁面粗糙度及其对应的线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数，其中，所述拟合函数满足对提取的数据的误差平方和最小。

6.如权利要求1所述的水冷磁体线圈对流换热系数确定方法，其特征在于，所述温度参数包括壁温和水的平均温度，所述基于所述流固交界面的热通量与温度参数，计算水冷磁体线圈与流体域交界面的平均对流换热系数，公示表示为：式中：表示热通量， 表示壁温，表示水的平均温度，表示平均换热系数。

7.如权利要求1所述的水冷磁体线圈对流换热系数确定方法，其特征在于，在所述将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入所述有限元分析软件中进行模拟，得到线圈对流换热系数之后，所述方法还包括：在所述有限元分析软件中调取温度云图，得出水冷磁体线圈的温度分布情况。

8.一种水冷磁体线圈对流换热系数确定系统，其特征在于，所述系统包括：温度实测模块，用于在水冷磁体线圈通入设定电流时，测量线圈的实测平均温度；

温度模拟模块，用于在有限元分析软件中对水冷磁体线圈的三维模型模拟通入所述设定电流，并通过设定不同的壁面粗糙度，仿真得到不同壁面粗糙度所对应的线圈的模拟平均温度，其中，所述线圈的实测平均温度在线圈的模拟平均温度的最小值与最大值之间；

拟合模块，用于将不同的壁面粗糙度及其对应的线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数；

壁面粗糙度计算模块，用于将所述线圈的实测平均温度代入所述拟合函数，得到所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度；

换热系数计算模块，用于将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入所述有限元分析软件中进行模拟，得到线圈对流换热系数；

所述换热系数计算模块，包括：

参数计算单元，用于将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入流固交界面的壁面条件，提取流固交界面的热通量与温度参数；

换热系数计算单元，用于基于所述流固交界面的热通量与温度参数，计算水冷磁体线圈与流体域交界面的平均对流换热系数。

说明书

水冷磁体线圈对流换热系数确定方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及水冷磁体技术领域，具体涉及一种水冷磁体线圈对流换热系数确定方法及系统。

背景技术

[0002] 水冷磁体是稳态强磁场实验装置（Steady High Magnetic Field Facility，SHMFF）的重要组成部分，由于其具有磁场强度高，励磁速度快等特点，成为了备受关注的极端条件实验平台。麻省理工学院的物理学家Francis Bitter首次提出带孔圆环片的概念，一种有望产生更高磁场的全新方式，因此后来将这种带孔圆环导体片命名为Bitter片。Bitter片和绝缘片是组成水冷磁体线圈的两个基本元素，bitter片上布满水冷孔，并开有隔断缝；绝缘片与bitter片开有一致的水冷孔，但是形状大小通常是bitter片的十几分之一。bitter片与绝缘片通过规律的错位堆叠形成水冷磁体水流通道，从而形成水冷磁体线圈，多个水冷磁体线圈组合成水冷磁体，如图1所示。

[0003] 随着水冷磁体磁场强度不断提升，运行功率也随之增加，因此水冷磁体线圈的热稳定性能问题日益突出。目前，一些水冷磁体通入电流最大值接近40000A，如此高的电流流过磁体必定产生大量的焦耳热，为了保证磁体稳定运行，水冷磁体内部需要通过高速高压去离子冷却水带走产生的焦耳热，如果热量带走不及时，就会出现线圈烧毁的严重后果。因此，在水冷磁体设计中，线圈的冷却设计至关重要，流固交界面的对流换热系数是水冷磁体线圈冷却设计中不可或缺的关键参数，然而线圈中水流通道的形状，位置，尺寸，粗糙度等因素都会影响对流换热系数，因此准确计算对流换热系数的解析解非常困难。

[0004] 目前，水冷磁体对流换热系数的确定方法多为经验公式法，采用的经验公式为：，其中 为是水的速度，值接近1，为常数。关于 和 的值有许多相关的学术讨论，大多数人认为 值接近于0.8和1.0之间。但由于p值的不确定性，简单的采用经验公式得到的换热系数往往与实际值的误差较大，不能准确描述水冷磁体线圈的换热特性。若采用实验测量的方法求解水冷磁体线圈对流换热系数，精度相对较高，但需要研制大尺寸耐高压去离子水的专用装置，研制成本昂贵。

[0005] 在相关技术中，公布号为CN115565745A的专利申请文献中提出结合有限元仿真方法对超导磁体设计中电磁热力多个方面进行稳定性分析与校验，当超导磁体采取冷却介质降温时，将超导磁体与冷却介质交界处设置为热通量边界，热通量的类型为对流热通量，即边界条件当中是已知壁面的热通量而不是未知。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题在于如何提高求解水冷磁体换热系数的精度与效率，同时降低研发成本。

[0007] 本发明通过以下技术手段解决上述技术问题的：

[0008] 本发明提出了一种水冷磁体线圈对流换热系数确定方法，所述方法包括：

[0009] 在水冷磁体线圈通入设定电流时，测量线圈的实测平均温度；

[0010] 在有限元分析软件中对水冷磁体线圈的三维模型模拟通入所述设定电流，并通过设定不同的壁面粗糙度，仿真得到不同壁面粗糙度所对应的线圈的模拟平均温度，其中，所述线圈的实测平均温度在线圈的模拟平均温度的最小值与最大值之间；

[0011] 将不同的壁面粗糙度及其对应的线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数；

[0012] 将所述线圈的实测平均温度代入所述拟合函数，得到所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度；

[0013] 将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入所述有限元分析软件中进行模拟，得到线圈对流换热系数。

[0014] 进一步地，所述在水冷磁体线圈通入设定电流时，测量线圈的实测平均温度，包括：

[0015] 对所述水冷磁体线圈通设定温度的冷却水，并在线圈温度与水温度相等时，对所述水冷磁体线圈通入第一电流后测量线圈两端的第一电压；

[0016] 根据所述第一电流和所述第一电压，计算在所述设定温度下线圈的第一电阻；

[0017] 对所述水冷磁体线圈通入第二电流后测量线圈两端的第二电压，其中，所述第二电流大于所述第一电流；

[0018] 基于所述第二电流、所述第二电压和所述第一电阻，计算通入所述第二电流时线圈的实测平均温度。

[0019] 进一步地，所述基于所述第二电流、所述第二电压和所述设定温度下线圈的电阻，计算通入所述第二电流时线圈的实测平均温度，包括：

[0020] 根据所述第二电流和所述第二电压，计算通入所述第二电流时线圈时线圈的第二电阻；

[0021] 基于所述第二电阻和所述第一电阻，通入所述第二电流时线圈的实测平均温度。

[0022] 进一步地，通入所述第二电流时线圈的实测平均温度的计算公式为：

[0023]

[0024]

[0025]

[0026] 式中： 第一电阻， 为第二电阻， 为第一电压，为第一电流， 为第一电压， 为第一电流，为线圈电阻率温度系数，为通入所述第二电流时线圈的实测平均温度。

[0027] 进一步地，所述将不同的壁面粗糙度及其对应的线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数，包括：

[0028] 采用最小二乘法对不同的壁面粗糙度及其对应的线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数，其中，所述拟合函数满足对提取的数据的误差平方和最小。

[0029] 进一步地，所述将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入所述有限元分析软件中进行模拟，得到线圈对流换热系数，包括：

[0030] 将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入流固交界面的壁面条件，提取流固交界面的热通量与温度参数；

[0031] 基于所述流固交界面的热通量与温度参数，计算水冷磁体线圈与流体域交界面的平均对流换热系数。

[0032] 进一步地，所述温度参数包括壁温和水的平均温度，所述基于所述流固交界面的热通量与温度参数，计算水冷磁体线圈与流体域交界面的平均对流换热系数，公示表示为：

[0033]

[0034] 式中：表示热通量， 表示壁温， 表示水的平均温度，表示平均换热系数。

[0035] 进一步地，在所述将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入所述有限元分析软件中进行模拟，得到线圈对流换热系数之后，所述方法还包括：

[0036] 在所述有限元分析软件中调取温度云图，得出水冷磁体线圈的温度分布情况。

[0037] 此外，本发明还提出了一种水冷磁体线圈对流换热系数确定系统，所述系统包括：

[0038] 温度实测模块，用于在水冷磁体线圈通入设定电流时，测量线圈的实测平均温度；

[0039] 温度模拟模块，用于在有限元分析软件中对水冷磁体线圈的三维模型模拟通入所述设定电流，并通过设定不同的壁面粗糙度，仿真得到不同壁面粗糙度所对应的线圈的模拟平均温度，其中，所述线圈的实测平均温度在线圈的模拟平均温度的最小值与最大值之间；

[0040] 拟合模块，用于将不同的壁面粗糙度及其对应的线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数；

[0041] 壁面粗糙度计算模块，用于将所述线圈的实测平均温度代入所述拟合函数，得到所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度；

[0042] 换热系数计算模块，用于将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入所述有限元分析软件中进行模拟，得到线圈对流换热系数。

[0043] 进一步地，所述换热系数计算模块，包括：

[0044] 参数计算单元，用于将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入流固交界面的壁面条件，提取流固交界面的热通量与温度参数；

[0045] 换热系数计算单元，用于基于所述流固交界面的热通量与温度参数，计算水冷磁体线圈与流体域交界面的平均对流换热系数。

[0046] 本发明的优点在于：

[0047] （1）本发明通过建立线圈的三维模型并在有限元分析软件中开展水冷磁体线圈的仿真计算，得到不同壁面粗糙度所对应的线圈的模拟平均温度，并使得线圈的实测平均温度在线圈的模拟平均温度的最小值与最大值之间，然后对不同壁面粗糙度所对应的线圈的模拟平均温度进行数据拟合，得到拟合函数，再结合实验测量得到的线圈的实测平均温度求取线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度，即可作为实际工况下的实测壁面粗糙度，满足模拟平均温度与实测平均温度相同，即换热系数相等，因此将该实测壁面粗糙度代入有限元分析软件中模拟即可得到实际工况下流固交界面的对流换热系数；本发明通过采用数值模拟与实验结合的方式求取对流换热系数，相对于经验公式和实验的方法，提高了求解换热系数的精度与效率，同时降低了研发成本。

[0048] （2）本发明还可以精确的获取每一流固交界面的温度、热流等的分布情况以及线圈的整体温度分布。

[0049] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0050] 图1是本发明背景技术部分提及的Bitter片和绝缘片组装成的水冷磁体线圈结构示意图；

[0051] 图2是本发明实施例提出的一种水冷磁体线圈对流换热系数确定方法的流程示意图；

[0052] 图3是本发明实施例中构建的三维模型结构图；

[0053] 图4是本发明实施例中提出的一种水冷磁体线圈对流换热系数确定系统的结构示意图。

[0054] 1‑绝缘片；2‑Bitter片。

具体实施方式

[0055] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0056] 如图2所示，本发明实施例公开了一种水冷磁体线圈对流换热系数确定方法，所述方法包括：

[0057] S10、在水冷磁体线圈通入设定电流时，测量线圈的实测平均温度；

[0058] S20、在有限元分析软件中对水冷磁体线圈的三维模型模拟通入所述设定电流，并通过设定不同的壁面粗糙度，仿真得到不同壁面粗糙度所对应的线圈的模拟平均温度，其中，所述线圈的实测平均温度在线圈的模拟平均温度的最小值与最大值之间；

[0059] 需要说明的是，本实施例所次用的有限元分析软件具体为fluent流体仿真软件。

[0060] S30、将不同的壁面粗糙度及其对应的线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数；

[0061] 具体地，本实施例可以设置10个不同的壁面粗糙度，求取得到对应的10个线圈的模拟平均温度，再对10组壁面粗糙度及其线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数。

[0062] S40、将所述线圈的实测平均温度代入所述拟合函数，得到所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度；

[0063] S50、将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入所述有限元分析软件中进行模拟，得到线圈对流换热系数。

[0064] 本实施例通过建立线圈的三维模型并在有限元分析软件中开展水冷磁体线圈的仿真计算，得到不同壁面粗糙度所对应的线圈的模拟平均温度，然后对不同壁面粗糙度所对应的线圈的模拟平均温度进行数据拟合，得到拟合函数，再结合实验测量得到的线圈的实测平均温度求取线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度，即可作为实际工况下的实测壁面粗糙度，满足模拟平均温度与实测平均温度相同，即换热系数相等，因此将该实测壁面粗糙度代入有限元分析软件中模拟即可得到实际工况下流固交界面的对流换热系数；本发明通过采用数值模拟与实验结合的方式求取对流换热系数，相对于经验公式和实验的方法，提高了求解换热系数的精度与效率，同时降低了研发成本。

[0065] 在一实施例中，所述步骤S10：在水冷磁体线圈通入设定电流时，测量线圈的实测平均温度，包括以下步骤：

[0066] S11、对所述水冷磁体线圈通设定温度的冷却水，并在线圈温度与水温度相等时，对所述水冷磁体线圈通入第一电流后测量线圈两端的第一电压；

[0067] 需要说明的是，所述第一电流采用小电流，其取值范围为100A 200A。~

[0068] S12、根据所述第一电流和所述第一电压，计算在所述设定温度下线圈的第一电阻；

[0069] S13、对所述水冷磁体线圈通入第二电流后测量线圈两端的第二电压，其中，所述第二电流大于所述第一电流；

[0070] S14、基于所述第二电流、所述第二电压和所述第一电阻，计算通入所述第二电流时线圈的实测平均温度。

[0071] 需要说明的是，所述第二电流采用大电流，其取值范围为38900A 40000A。~

[0072] 在一实施例中，所述步骤S14：基于所述第二电流、所述第二电压和所述第一电阻，计算通入所述第二电流时线圈的实测平均温度，包括以下步骤：

[0073] 根据所述第二电流和所述第二电压，计算通入所述第二电流时线圈时线圈的第二电阻；

[0074] 基于所述第二电阻和所述第一电阻，通入所述第二电流时线圈的实测平均温度。

[0075] 在一实施例中，通入所述第二电流时线圈的实测平均温度的计算公式为：

[0076]

[0077]

[0078]

[0079] 式中： 第一电阻， 为第二电阻， 为第一电压，为第一电流， 为第一电压， 为第一电流，为线圈电阻率温度系数，为通入所述第二电流时线圈的实测平均温度。

[0080] 具体地，实际测量线圈的平均温度的过程为：

[0081] 对水冷磁体线圈通10摄氏度的冷却水半小时，在这之后线圈温度与水的温度相等为10摄氏度；对水冷磁体线圈通小电流100A，测量线圈两端电压，通过测电压与电流求出第一电阻：

[0082] 。

[0083] 再对水冷磁体线圈通入实际的大电流38900A，测得对应的第二电压，进而求出此时线圈的第二电阻：

[0084]

[0085] 再联立方程： ，从而求出38900A时的磁体线圈平均温度。

[0086] 在一实施例中，所述线圈的实测平均温度在线圈的模拟平均温度的最小值与最大值之间。

[0087] 具体地，若线圈的实测平均温度不在线圈的模拟平均温度的最小值与最大值之间，则通过更改壁面粗糙度，使得线圈的实测平均温度在线圈的模拟平均温度的最小值与最大值之间。

[0088] 在一实施例中，所述步骤S30：将不同的壁面粗糙度及其对应的线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数，包括：

[0089] 采用最小二乘法对不同的壁面粗糙度及其对应的线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数，其中，所述拟合函数满足对提取的数据的误差平方和最小。

[0090] 需要说明的是，本实施例可利用origin软件，采用最小2乘法进行数据的拟合，得到拟合函数。

[0091] 在一实施例中，所述步骤S50：将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入所述有限元分析软件中进行模拟，得到线圈对流换热系数，包括以下步骤：

[0092] S51、将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入流固交界面的壁面条件，提取流固交界面的热通量与温度参数；

[0093] S52、基于所述流固交界面的热通量与温度参数，计算水冷磁体线圈与流体域交界面的平均对流换热系数。

[0094] 具体地，所述温度参数包括壁温和水的平均温度，所述步骤S52：基于所述流固交界面的热通量与温度参数，计算水冷磁体线圈与流体域交界面的平均对流换热系数，公示表示为：

[0095]

[0096] 式中：表示热通量， 表示壁温， 表示水的平均温度，表示平均换热系数。

[0097] 在一实施例中，在有限元分析软件中对水冷磁体线圈的三维模型模拟进行模拟仿真的具体过程包括：

[0098] 建立水冷磁体线圈与流体域的三维模型，并对三维模型的流固交界面处进行边界层网格划分，具体为将水冷磁体线圈与流体域的24分之一作为三维模型，如图3所示；对所述三维模型的流固交界面处进行六面体网格划分，得到网格划分后的三维模型。

[0099] 具体地，本实施例根据比特片与绝缘片的个数与尺寸，建立水冷线圈与流体域24分之一的三维模型，通过根据bitter片上12个固定杆孔，对线圈模型进行简化，提高运算效率。

[0100] 然后设置三维模型的边界条件包括对称边界条件、电压边界条件、出入口的边界条件和壁面条件；所述结构属性参数为考虑温度对属性有影响的参数，包括粘度、密度、比热、热导率和电阻率。

[0101] 再对网格划分后的三维模型进行电场‑温度‑流体场仿真计算，得到水冷线圈的温度分布仿真结果，包括：

[0102] 对网格划分后的三维模型采取k‑epsolim湍流模型进行电场‑温度‑流体场仿真计算，得到水冷线圈的温度分布仿真结果，其中：

[0103] 电场控制方程为：

[0104]

[0105]

[0106]

[0107] 式中： 为矢量微分算符； 为电流密度矢量； 为电流源； 为电导率； 为电场强度矢量；为电势； 为外部注入电流密度；

[0108] 温度与流体场控制方程为：

[0109]

[0110]

[0111]

[0112] 式中： 为哈密顿算子； 为单位流体质量力；为磁体的体积热流； 为流体密度；为流体的速度矢量； 为流体的压力； 为流体动力粘度；为流体内能； 为流体热导率； 为流体内部热源共同作用下的流体机械能转换为热能的部分，为时间； 为温度。

[0113] 本实施例通过采用数值模拟与实验结合的方式求取对流换热系数，开展了水冷磁体线圈电场‑温度‑流体场的联合仿真计算，得到不同壁面粗糙度所对应的线圈的模拟平均温度。

[0114] 在一实施例中，在所述步骤S50：将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入所述有限元分析软件中进行模拟，得到线圈对流换热系数之后，所述方法还包括：

[0115] 在所述有限元分析软件中调取温度云图，得出水冷磁体线圈的温度分布情况。

[0116] 本实施例可以精确的获取每一流固交界面的温度、热流等的分布情况以及线圈的整体温度分布。

[0117] 此外，如图4所示，本发明一实施例还公开了一种水冷磁体线圈对流换热系数确定系统，所述系统包括：

[0118] 温度实测模块10，用于在水冷磁体线圈通入设定电流时，测量线圈的实测平均温度；

[0119] 温度模拟模块20，用于在有限元分析软件中对水冷磁体线圈的三维模型模拟通入所述设定电流，并通过设定不同的壁面粗糙度，仿真得到不同壁面粗糙度所对应的线圈的模拟平均温度，其中，所述线圈的实测平均温度在线圈的模拟平均温度的最小值与最大值之间；

[0120] 拟合模块30，用于将不同的壁面粗糙度及其对应的线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数；

[0121] 壁面粗糙度计算模块40，用于将所述线圈的实测平均温度代入所述拟合函数，得到所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度；

[0122] 换热系数计算模块50，用于将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入所述有限元分析软件中进行模拟，得到线圈对流换热系数。

[0123] 在一实施例中，所述温度实测模块10，具体包括：

[0124] 温度设置单元，用于对所述水冷磁体线圈通设定温度的冷却水，并在线圈温度与水温度相等时，对所述水冷磁体线圈通入第一电流后测量线圈两端的第一电压；

[0125] 第一电阻计算单元，用于根据所述第一电流和所述第一电压，计算在所述设定温度下线圈的第一电阻；

[0126] 电流通入单元，用于对所述水冷磁体线圈通入第二电流后测量线圈两端的第二电压，其中，所述第二电流大于所述第一电流；

[0127] 实测平均温度计算单元，用于基于所述第二电流、所述第二电压和所述第一电阻，计算通入所述第二电流时线圈的实测平均温度。

[0128] 在一实施例中，实测平均温度计算单元，具体用于：

[0129] 根据所述第二电流和所述第二电压，计算通入所述第二电流时线圈时线圈的第二电阻；

[0130] 基于所述第二电阻和所述第一电阻，通入所述第二电流时线圈的实测平均温度。

[0131] 在一实施例中，通入所述第二电流时线圈的实测平均温度的计算公式为：

[0132]

[0133]

[0134]

[0135] 式中： 第一电阻， 为第二电阻， 为第一电压，为第一电流， 为第一电压， 为第一电流，为线圈电阻率温度系数，为通入所述第二电流时线圈的实测平均温度。

[0136] 在一实施例中，所述拟合模块30，具体用于：

[0137] 采用最小二乘法对不同的壁面粗糙度及其对应的线圈的模拟平均温度进行拟合，得到拟合函数，其中，所述拟合函数满足对提取的数据的误差平方和最小。

[0138] 在一实施例中，所述换热系数计算模块50，包括：

[0139] 参数计算单元，用于将所述线圈的实测平均温度对应的壁面粗糙度代入流固交界面的壁面条件，提取流固交界面的热通量与温度参数；

[0140] 换热系数计算单元，用于基于所述流固交界面的热通量与温度参数，计算水冷磁体线圈与流体域交界面的平均对流换热系数。

[0141] 在一实施例中，所述温度参数包括壁温和水的平均温度，所述对流换热系数的计算公示表示为：

[0142]

[0143] 式中：表示热通量， 表示壁温， 表示水的平均温度，表示平均换热系数。

[0144] 在一实施例中，所述系统还包括温度分布分析模块，具体用于：

[0145] 在所述有限元分析软件中调取温度云图，得出水冷磁体线圈的温度分布情况。

[0146] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0147] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

[0148] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。