[發明專利]一種平板熱試驗加熱功率預估方法

有效

• 申請號: 201711247081.5
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN109858055B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 魏廣平;叢琳華;楊志斌;劉志民;李璽
• 申請（專利權）人: 中國飛機強度研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

1.一種平板熱試驗加熱功率預估方法，其特征在于，首先建立平板數值仿真模型，計算平板背面強迫對流系數，對平板背面施加強迫對流邊界條件，對平板正面，即受熱面施加空間輻射邊界條件，在平板正面施加熱流載荷，通過改變熱流載荷數值的大小進行多次數值仿真，使得平板正面溫度滿足設計溫度要求，確定的熱流載荷與平板受熱面的面積的乘積，得到其加熱功率，具體過程如下：

步驟1：按照給定的平板尺寸建立數值仿真模型，具體為：以厚度為b，長度和寬度均為a，單位均為m的金屬平板建立三維數值仿真模型，在數值仿真模型中定義金屬的材料特性，包括隨溫度變化的傳導率和比熱，以及金屬材料的密度；

步驟2：采用工程方法計算平板背面強迫對流系數，具體為：1)計算氣流雷諾數：已知特征長度為a，單位為m；氣流速度為V，單位為m/s；氣流速度為T_Air，單位為K；按照T_Air查標準大氣參數表知：空氣的普朗特數為Pr，運動黏度為，單位為m²/s；空氣的傳導率λ₀；單位為W/m/K，則雷諾數為Re＝V×a/ν；2)通過雷諾數Re判斷氣流的流動特性：Rec＝5.0×10⁵為層流和湍流的分界標志，如果Re≤Rec，氣流為層流流動，否則為湍流流動；3)計算平均努塞爾數：層流流動平均努塞爾數：Nu＝0.664×Re^0.5×Pr^1/3，湍流流動平均努塞爾數：Nu＝0.037×(Re^0.8-Re_c^0.8)×Pr^1/3；4)計算氣流的對流系數：h＝Nu×λ₀/a(W/m²)；

步驟3：對平板背面施加強迫對流邊界條件，具體為：把計算得到的對流系數h(W/m²)施加在數值仿真模型的下表面，即Z軸負方向，作為對流邊界條件，參考溫度取T1(K)；

步驟4：計算初始熱流載荷，具體為：對數值仿真模型上表面，即Z軸正方向，施加T1(K)到T2(K)溫度載荷，進行瞬態溫度場分析，得到數值仿真模型正面的熱流Q(W/m²)，該熱流作為初始熱流；

步驟5：對平板受熱面施加空間輻射邊界條件，具體為：在數值仿真模型的上表面施加空間輻射邊界條件，參考溫度取T1(K)，黑度系數取值0.8，斯忒藩—玻耳茲曼常量取值5.6696×10^-8(W/m²/K⁴)；

步驟6：在平板受熱面施加熱流載荷，具體為：刪除數值仿真模型的溫度載荷，施加熱流載荷Q+Q×2％(W/m²)，進行瞬態溫度場分析；

步驟7：數值仿真結果與設計溫度比較，具體為：提取數值仿真模型上表面節點溫度T(t)_compute，與設計溫度T(t)_affirmatory進行比較，如果|T(t)_compute-T(t)_affirmatory|0.02，則轉到步驟6，對熱流載荷Q增加2％進行瞬態溫度場分析，否則轉到步驟8，計算得到的熱流誤差在4％以內；

步驟8：計算加熱功率。

2.根據權利要求1所述的一種平板熱試驗加熱功率預估方法，其特征在于，步驟8中，所述對最終反演的熱流數據進行排序，取其最大值Q_max，得到加熱功率＝Q_max×a²(W)。