[发明专利]一种基于凸出式热电偶的热流密度分布的测量方法

说明书

本发明公开了一种基于凸出式热电偶的热流密度分布的测量方法，将热电偶钎焊进一个热电偶安装块中，然后将安装块安装在待测部件中，安装完成后热电偶安装块将凸出于待测部件热流承载面，且热电偶测温端在待测部件的热流承载面以下，有效减少了横向热传导对热电偶测温的影响，提高了测量精度。待测部件中的热电偶依据待测物体的形状按照一定的布局安装，以保障在后续的插值和拟合的步骤中具有相对较高的精度；利用热电偶数据获取设备获得所有热电偶的温升曲线，确定某一时刻的温差，通过计算即可获得该热电偶安装处所对应表面的热流密度的大小；通过对所有的热电偶安装处的热流密度值进行分析，对分布函数在待测面s上进行面积分，即可求得总热功率。

技术领域

本发明涉及热测量技术领域，具体是一种基于凸出式热电偶的热流密度分布的测量方法。

背景技术

高热负荷部件表面上的热流密度分布是评估部件受热后形变量、部件最大可工作时长等指标的关键参数，是对部件进行热力学分析的关键参数之一。热流密度分布测量的通用方法是利用热传感器测量一段时间的温度变化，通过对温度变化的分析确定表面的热流密度。但由于物体的形状，表面形貌，热传感器的安装位置，热传感器的响应时间等因素，确定热流密度分布是一个相对复杂的过程，且误差相对较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于凸出式热电偶的热流密度分布的测量方法，可以不受待测部件的大小、表面形貌的限制，解决热流密度分布的测量问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种基于凸出式热电偶的热流密度分布的测量方法，将热电偶安装在热电偶安装块上；在待测部件上开出一个与热电偶安装块形状、大小匹配的锥状通孔，将固定有铠装热电偶的热电偶安装块安装在部件的通孔中；

热电偶安装块横截面为梯形，下表面直径小于上表面直径；且热电偶安装块下表面面积小于待测部件上开出的锥孔下表面面积，安装完成后热电偶安装块将凸出于待测部件上开出的锥孔的下表面，凸出高度不少于1cm，保证热电偶安装块测温面在待测部件受热面下方；

热电偶的安装位置按预定的布局排列；利用热电偶测量设备采集各热电偶安装处的温度随时间的变化曲线；确定升温过程中某一时刻与初始升温时刻的各热电偶安装点的温差；根据各热电偶安装点的温差计算求得安装点处的所对应的表面热流密度并通过插值和拟合确定物体表面的热流密度分布，同时还能通过对获得的热流密度进行积分确定总热功率。

进一步的，安装完成后热电偶安装块将凸出于待测部件上开出的锥孔的下表面，且热电偶测温端的测温面在待测部件受热面下方，在保证热电偶安全的情况下，热电偶安装点的位置需要靠近安装块表面，具体包括：

若待测部件承受的瞬时热流密度不超过1MW/m²，热电偶安装点的位置与安装块表面之间的距离应为2至3mm，若待测部件承受的瞬时热流密度超过1MW/m²，热电偶安装点的位置与安装块表面之间的距离应为3至5mm。

进一步的，若待测部件承受的稳态平均热流密度满足上述范围，则在上述基础上热电偶安装点的位置与安装块表面之间的距离应适当增加3至5mm，且保证热电偶安装点的位置与受热面之间的距离小于凸出高度的一半，或增加水冷结构，以保证测温设备的安全工作。

进一步的，根据待测热流密度的面积和测量精度安排热电偶的安装位置和数量，热电偶的安装位置按一定的分布排列。

进一步的，利用热电偶测量设备采集各热电偶安装处的温度随时间的变化曲线。

进一步的，采集温度随时间的变化曲线，确定某时刻的各热电偶安装点的温差。

进一步的，根据各热电偶安装点的温差计算求得安装点处的所对应的表面热流密度并通过插值和函数拟合确定物体表面的热流密度分布。

本发明中，设计热电偶安装块的锥度与待测温部件预留孔的锥度一致，以保证安装的牢固性。