[發明專利]自動鋪放成型中預浸料紅外輻射加熱的動態溫度控制方法

有效

• 申請號: 201010243504.8
• 申請日: 2010-08-03
• 公開（公告）號: CN101907899A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 文立偉;余永波;王顯峰;齊俊偉;肖軍
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D23/30
• 分類號: G05D23/30
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

1.一種自動鋪放成型中預浸料紅外輻射加熱的動態溫度控制方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟(一)，測定所用紅外輻射加熱器的電-熱輻射轉化率，所述紅外輻射加熱器為紅外加熱燈；紅外加熱燈與盒體的傳熱平衡方程為：

其中，P_燈：紅外加熱燈的輻射功率；t：時間；a₁：盒體內壁表面的輻射吸收系數；k：自然對流放熱系數；T_燈：紅外加熱燈的燈管在t時刻的溫度；在t時刻i表面的溫度；C_盒：盒體材料的比熱容；盒體第i個面板的質量；在t時刻i表面升高的溫度；

由此求得紅外輻射加熱器的電-熱輻射轉化率：

????????????η₁＝P_燈/P_電????????????????(2)

式中，P_電代表紅外加熱燈的輸出電功率；

步驟(二)，計算預浸料的蓄熱轉化效率：

上式中，Q_蓄代表蓄熱能，Q_蓄＝C_預m(T-T₀)；Q_輻代表輻射能，Q_對代表對流擴散能，Q_對＝kA(T-T₀)^1.25；

其中，C_預：預浸料的比熱容；T：預浸料表面的溫度；m：預浸料在有效輻射區域的質量；T₀：周圍環境的溫度；σ：斯忒藩-波爾茲曼常數，σ＝5.669×10^-8W/m²·K⁴；ε：預浸料的表面比輻射率；A：預浸料在有效輻射區域的表面積；W：功率單位，瓦特；K：溫度單位，開攝氏度；

步驟(三)，推導紅外輻射加熱器與預浸料微元窄條之間的輻射角系數計算關系式：

FdS2-1=r1r2[1-1π{cos-1l2-r22+r12l2+r22-r12-12r1l(l2+r22+r12)-(2r22)2×cos-1r1(l2-r22+r12)r2(l2+r22-r12)+(l2-r22+r12)(arcsinr1r2)-π2(l2+r22-r12)}]---(4)]]>

根據角系數的互換性可知：

????????????2πr₁ldF₁₂＝dS₂F_dS2-1????????????????????(5)

????????????dF₁₂＝dS₂F_dS2-1/(2πr₁l)?????????????????(6)

其中，dS₂：同心圓柱體外圓柱內表面微元窄條；F_dS2-1：微元窄條dS₂對紅外加熱燈外表面A₁的輻射角系數；r₁：內圓柱半徑；r₂：外圓柱半徑；l：圓柱長度；dF₁₂：紅外加熱燈對預浸料微元窄條之間的輻射角系數；

步驟(四)，利用預浸料在有效輻射區域內的能量傳輸關系，結合式(1)、式(2)、式(3)的輻射傳遞系數，建立預浸料在動態下的溫度控制方程；所述溫度控制方程是運用微分思想將有效輻射區域劃分為若干微小區域，對預浸料在這些微小區域獲得的蓄熱能進行積分得到；

①、靜止狀態下的溫度控制方程：

其中，ΔT：在t時間內預浸料溫度的變化；h：微元面dS₂距離x軸的長度；D：預浸料距離y軸的長度；a₂：預浸料的輻射吸收率；H-有效輻射區域的長度；

②、勻速運行下的溫度控制方程：

其中，m₀：單位面積預浸料質量；v：預浸料運行速度；

步驟(五)，確定對預浸料加熱的目標溫度并輸入可編程控制器，通過速度傳感器采集預浸料進入有效輻射區域的速度信號，利用可編程控制器根據步驟(四)中建立的溫度控制方程進行運算、得到相應的功率驅動信號，功率調節器調節紅外加熱燈的電功率，使預浸料溫度保持恒定。

2.根據權利要求1所述的自動鋪放成型中預浸料紅外輻射加熱的動態溫度控制方法，其特征在于：步驟(三)中，紅外加熱燈與預浸料之間的輻射角系數計算是通過將二者之間的輻射等效成兩長度相等的同心圓柱的內圓柱外表面對外圓柱內表面的微元窄條之間的輻射。