[發明專利]一種氣動熱模擬試驗中冷壁熱流轉換為熱壁熱流的方法

有效

• 申請號: 201410568947.2
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN104267062A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 吳大方;王岳武;楊嘉陵;高鎮同;麥漢超
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;孟卜娟

1.一種氣動熱模擬試驗中冷壁熱流轉換為熱壁熱流的方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟a:綜合考慮金屬薄板的材質、平面尺寸與厚度之間的關系，選擇金屬薄板，使金屬薄板近似為二維平面試驗件，要能耐上千度的高溫，在加熱過程中不產生大的平面翹曲變形，并通過試驗予以確認；

步驟b：將冷壁熱流作用在金屬薄板受熱面上，并確定金屬薄板的初始溫度條件以及散熱面與外部環境之間的對流換熱與輻射換熱的邊界條件，得到金屬薄板受熱面的“冷壁熱流-時間”變化曲線；然后根據金屬薄板受熱面的“冷壁熱流-時間”變化曲線、通過非穩態導熱微分方程計算出金屬薄板前表面的“溫度-時間”變化曲線，并將金屬薄板前表面的“溫度-時間”變化曲線數據存入計算機，作為熱控制程序的預設值；

步驟c：利用由步驟a確定的材質、厚度及平面尺寸的金屬薄板作為試驗件，對金屬薄板按照步驟b計算出的“溫度-時間”變化曲線控制加熱，金屬薄板的前表面焊接有測溫用的熱電偶傳感器，熱控制系統對金屬薄板加熱，同時對金屬薄板前表面溫度進行實時測量，將測量溫度數據作為反饋值，與上述計算出來的相應時刻的預設值進行比較，獲得偏差量后經計算機運算得到控制調節量，通過可控硅調節器實時調整石英燈紅外輻射陣列上的工作電壓，模擬預設的金屬薄板表面的“溫度-時間”熱環境；

步驟d：將熱流傳感器安裝在金屬薄板的近旁，并使熱流傳感器的前表面與金屬薄板的前表面處于同一平面上，保證在加熱過程中到達金屬薄板前表面的熱壁熱流值和到達熱流傳感器前表面的熱流值大小一致；使用石英燈紅外輻射陣列按照由冷壁熱流計算出的金屬薄板表面溫度曲線對金屬板進行加熱，并由熱流傳感器實時記錄下到達金屬薄板前表面的熱壁熱流的動態變化過程，將其作為熱壁熱流邊界條件；

步驟e：將由熱流傳感器測量記錄下的金屬薄板表面的“熱壁熱流-時間”關系數據輸入計算機，作為熱流邊界條件加熱控制程序的預設值；

步驟f：使用熱控系統對非金屬材料或表面附有燒蝕防熱涂層的真實試驗件按照上述由“冷壁熱流”→“溫度”→“熱壁熱流”轉換得到的熱壁熱流邊界條件進行輻射加熱試驗。

2.根據權利要求1所述的一種氣動熱模擬試驗中冷壁熱流轉換為熱壁熱流的方法，其特征在于：所述步驟a中，金屬板材質為鎳基不銹鋼1Cr18Ni9Ti，其熔點約為1450℃；金屬板厚度取在1.0mm-2.0mm之間，金屬薄板的平面尺寸的邊長為100mm-120mm，其邊長與厚度之比處于60:1至120:1之間。

3.根據權利要求1所述的一種氣動熱模擬試驗中冷壁熱流轉換為熱壁熱流的方法，其特征在于：所述步驟c中的金屬薄板處于距離石英燈紅外輻射加熱陣列50-70mm之處。

4.根據權利要求1所述的一種氣動熱模擬試驗中冷壁熱流轉換為熱壁熱流的方法，其特征在于：所述步驟d中，將熱流傳感器的前表面與金屬薄板前表面安裝在同一加熱平面上，保證熱流傳感器表面感知的熱壁熱流與金屬薄板的前表面的熱壁熱流具有良好的一致性。