[发明专利]一种对流换热系数的快速测量方法

摘要

本发明公开了一种对流换热系数的快速测量方法，适用于介质表面随温度变化条件的流换热系数测量。该测量方法核心思想是，将对流换热系数的测量转换为求解热传导问题边界未知参数的优化问题，根据介质温度‑超声传播特性，采用超声回波法，基于热传导反问题的求解可快速、无损地测量随温度变化的表面流换热系数；本发明的方法具有测量装置简单、测量周期短、避免传感器与被测试件接触干扰以及测量范围不受传感器耐高温性能限制等优点。

主权项

1.一种对流换热系数的快速测量方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：基于标定实验，获取被测试件内部超声波传播速度V与温度T的关系；步骤二：对试件进行加热，由超声波脉冲回波法，试件ti时刻的超声波传播时间ti,exp；步骤三：将对流换热系数的测量转换为求解热传导问题边界未知参数的优化问题；采用如下的优化目标函数： J ( h c ) = Σ i = 1 N { t i , c a l - t i , exp } 2 = Σ i = 1 N { 2 ∫ 0 L 1 V [ T ( t i ) ] d x - t i , exp } 2 ]]>其中：hc为介质表面待测量的对流换热系数；ti,cal为数值计算得到的ti时刻的超声波传播时间，下标i表示的测量时间序数，N表示总的测量时间点数；L为试件被测方向的长度；约束条件为： ( ρ c ) ∂ T ∂ t = k ∂ 2 T ∂ x 2 0 < x < L , t > 0 - k ∂ T ∂ n | x = L = h c ( T - T f ) | x = L , T ( L , t ) = T t t > 0 T ( x , 0 ) = T 0 ]]>其中：k，C和ρ分别为被测材料的导热系数、比热容和密度；Tf为流体介质温度，由加热器进行控制；Tt为超声探头放置端的温度，T0为试件的初始温度；步骤四：采用伴随方程算法求解热传导反问题，获得介质表面的对流换热系数；所述优化算法求解过程为：(1)输入介质材料热物性参数、尺寸以及初始值；(2)求解热传导方程，求出温度场T(x,t)和目标函数J(hc)的值；(3)采用伴随方程算法对参数值进行优化，获得较优的hc；(4)判断是否收敛(取ε≤1e-6)，若收敛，则停止计算；否则返回(2)重复迭代，直到到达收敛；(5)获得介质表面的对流换热系数hc。