[发明专利]一种瞬态条件下高温结构内部温度及厚度的同时测量方法

摘要

本发明公开了一种瞬态条件下高温结构内部温度及厚度的同时测量方法，解决了瞬态条件下结构内部温度和厚度无法同时测量的问题。该方法根据介质温度‑超声传播特性，将结构厚度和内部温度的同时测量转化为热传导问题热边界条件和结构厚度的多参数识别问题。采用超声回波法，获得瞬态传热条件下超声传播时间，通过求解热传导反问题可快速、无损、非接触地测量相关的结构内部温度和厚度。该方法适用于瞬态传热条件下高温锅炉、管道和模具等高温设备相关结构厚度和内部温度的同时测量。

主权项

1.一种瞬态条件下高温结构内部温度及厚度的同时测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、对被测结构进行取样，通过实验测量超声波传播速度V和介质温度T的关系；步骤二、通过超声脉冲回波法，获得被测结构在ti时刻的超声波传播时间ttof,m；步骤三、基于超声回波信号，将结构厚度和内部温度的同时测量转化为热传导问题热边界条件和结构厚度的多参数识别问题，并采用如下目标函数：式中：q为热边界条件，L为超声波在固体介质中单向传播的距离，即L为被检测结构的厚度，ttof,i,c为计算得到的超声波传播时间，下标i表示测量时间序数，n表示采样点数，V是固体介质中声波的传播速度；约束条件为：式中：k为材料的导热系数，c为材料的比热，ρ为材料的密度；步骤四、求解热传导反问题，获得被测结构内部温度场，所述求解过程为：(1)给定参数初值；(2)数值求解状态方程，求出温度场T(x,t)和目标函数J的值，其中x为结构厚度方向的位置；(3)数值求解灵敏度方程，得出灵敏度矢量；(4)采用Hooke‑Jeeves方法或其它梯度优化方法对参数值进行优化，得q及L；(5)判断是否收敛(取ε≤1e‑6)，若收敛，则停止计算；否则返回步骤(2)重复迭代，直到到达收敛准则；(6)基于热传导正问题计算，获得被测结构内的温度场T(x,t)。