[發明專利]一種導線覆冰過程對流換熱系數測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201610048726.1
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105548251B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 黃新波;鄭心心;朱永燦;王玉鑫;王一各;李弘博;崔運濤
• 申請（專利權）人: 西安工程大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

1.一種導線覆冰過程對流換熱系數測量裝置，其特征在于，包括一塊聚苯乙烯塑料布(2)，聚苯乙烯塑料布(2)上固定設置有三條屬性相同間距相等的鎳鉻鐵合金扁片(3)，整流電源(1)通過并聯方式與三條鎳鉻鐵合金扁片(3)連接，對三條鎳鉻鐵合金扁片(3)供電；

在所述的每條鎳鉻鐵合金扁片(3)上均設置有一組熱電偶，每組熱電偶包括均等布置的 三個熱電偶(4)、與所述的熱電偶安裝位置相對應的鎳鉻鐵合金扁片處掏空，并從掏空處引線將每個熱電偶均與多通道溫度采集處理模塊(5)連接。

2.根據權利要求1所述的一種導線覆冰過程對流換熱系數測量裝置，其特征在于，所述的多通道溫度采集處理模塊(5)，包含主控芯片(7)，所述的主控芯片(7)上分別連有環境溫濕度采集模塊(8)、環境風速采集模塊(9)、電源模塊(10)、通訊模塊(11)、數據存儲模塊(12)、液晶顯示器(6)、信號調理電路(13)，所述的信號調理電路(13)還連接有多通道溫度傳感器(14)。

3.一種利用權利要求1所述的一種導線覆冰過程對流換熱系數測量裝置進行測量的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1，采集數據，包括主控芯片(7)定時采集穩定下的環境溫度T、來流風速V、每條鎳鉻鐵合金扁片(3)上均等布置的三個熱電偶(4)的溫度為Ts_ij(i＝1,2,3；j＝1,2,3)，

步驟2，輸入相關數據參數，所述的步驟2具體為，輸入步驟1中的Ts_ij(i＝1,2,3；j＝1,2,3)；穩定后的電流值為I、導線半徑為r，設冰形模型表面溫度Ts_i(i＝1,2,3)為三條鎳鉻鐵合金扁片(3)上三個熱電偶(4)溫度均值；

步驟3，進行換熱系數模擬計算，所述的步驟3的具體步驟為，

建立關于環境溫度T、波爾茲曼常數δ、線性輻射常數a、每條鎳鉻鐵合金扁片(3)電阻R、冰形模型表面溫度Ts_i(i＝1,2,3)的方程，

根據熱傳遞的基本原理，直流融冰的熱平衡過程可表示為：

Q_J＝Q_c+Q_E (1)

式中Q_J為電流焦耳熱，可表示為：

Q_J＝I²R (2)

I為流過鎳鉻合金扁片電流有效值，R為鎳鉻合金扁片電阻；

式中Q_c為對流熱損失，可表示為：

Q_c＝π2rh_i(Ts_i-T)(i＝1,2,3) (3)

式中Q_E為輻射散熱,可表示為：

Q_E＝8πraδ(T+273)³(Ts_i-T)(i＝1,2,3) (4)

則，冰形模型表面溫度Ts_i(i＝1,2,3)表示如下：

將式(2)、(3)、(4)、(5)帶入(1)式，整理得到公式(6)

利用公式(6)即可計算出對流換熱系數h_i。