[发明专利]含三维或曲面外形结构体的温度场与热流同时重构方法

权利要求书

1.一种含三维或曲面外形结构体的温度场与热流同时重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用基于非接触辐射测量方法获取结构体的三维表面温度场分布W₁，作为导热微分方程的求解边界条件：

受热表面温度W₁：

式中，λ为结构体的导热系数；T为结构体的温度场；t表示计算时间；q₁表示结构体的热流密度；n为热流密度的方向；

非接触温度测量技术采用的是基于空间与光谱多维融合辐射测量技术，即针对于含三维或曲面外形的结构体外表面，通过在结构体外表面视场范围内的多个不同方位角度布置多个面成像测温传感器，每一个方位角度的面成像传感器均能够获得含三维或曲面外形结构体在该方位角度的二维投影温度场分布；然后通过多个方位角度的多个面成像传感器所获得多个二维投影温度场的融合，利用几何成像重建算法计算获得含三维或曲面外形结构体的三维表面温度场分布；

2)在结构体内部开若干个微孔，插入热电偶或热电阻，通过接触式测得结构体的内部局部温度T₁，T₂，…，作为导热微分方程的求解限定条件：

内部局部温度T₁，T₂，...：T(Ω₁,t)＝T₁；T(Ω₂,t)＝T₂，...(2)

式中，Ω_i表示结构体的计算区域，i＝1,2,3,…；

3)根据流体与冷却通道壁面的热传递的热流值建立冷却通道壁面上的热平衡方程，作为导热微分方程的求解边界条件：

内部边界S₁，S₂，...上的热平衡方程：

式中，S为结构体的内部边界，i＝1,2,3,…；h_i为结构体不同内部边界上的对流传热系数，i＝1,2,3,…；T_f为结构体内部冷却通道的流体温度；

4)利用结构体的受热表面温度W₁，内部边界S₁，S₂，…上的热平衡方程，以及内部局部温度T₁，T₂，…，并结合导热微分方程，获得完整的控制方程组，即式(1)-式(5)：

导热微分方程：

初始条件：T(Ω,t)＝T₀ (5)

式中，ρ为结构体的密度；c_p为结构体的热容；x和y表示结构体的坐标；T₀为结构体初始时刻的温度；

5)求解上述控制方程组，最后同时确定结构体的温度场T和热流密度q₁。

2.如权利要求1所述的含三维或曲面外形结构体的温度场与热流同时重构方法，其特征在于，面成像测温传感器采用8-14μm红外单波段面成像测温传感器或者近红外多光谱成像融合面传感器。

3.如权利要求1所述的含三维或曲面外形结构体的温度场与热流同时重构方法，其特征在于，在进行上述步骤3)时，首先根据结构体内部冷却通道的流体种类、温度、压力和流速，选择合适的流体对流换热计算准则关联式；然后根据冷却通道壁面边界上的热平衡关系，建立结构体不同内部边界S₁，S₂，…上的热平衡方程。

4.如权利要求3所述的含三维或曲面外形结构体的温度场与热流同时重构方法，其特征在于，流体对流换热计算准则关联式采用Dittus-Boelter公式：Nuf＝0.023Re^0.8Pr^0.4。

5.如权利要求1所述的含三维或曲面外形结构体的温度场与热流同时重构方法，在进行上述步骤5)时，通过根据共轭梯度法求解控制方程组。