[發明專利]熱容燃燒室內壁瞬態熱流密度測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201810588382.2
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108931319B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 孫冰;王太平;向紀鑫;劉迪
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01K17/00
• 分類號: G01K17/00;G01M15/14
• 代理公司: 11371 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 王文紅

1.一種熱容燃燒室內壁瞬態熱流密度測量方法，其特征在于，包括：

獲取溫度采集裝置所采集到的燃燒室內壁預設距離處的單點溫度數據；

建立一維瞬態導熱方程，將時間域進行劃分為時間微元，通過導熱過程計算得到每個時間微元對應的溫度場；

針對每個時間微元，根據單個測量位置的溫度數據和所述溫度場，計算每個迭代步的方差，根據相鄰兩個迭代步的方差和相鄰兩個迭代步的熱流之差判斷滿足收斂條件時，計算得到該時間微元的平均熱流；

根據每個時間微元的平均熱流，通過線性插值方法計算得到任一時刻的內壁的瞬態熱流；

根據所述瞬態熱流和所述一維瞬態導熱方程計算得到內壁瞬態溫度值。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立一維瞬態導熱方程，將時間域進行劃分為時間微元，通過求解正向導熱過程計算得到每個時間微元對應的溫度場，包括：

建立如公式(1)所示的一維瞬態導熱方程；

其中，T為材料溫度，t為時間，r為空間上的徑向位置的半徑，ρ、c_p和λ分別為壁面材料的密度、比熱和導熱系數；

將時間域進行劃分為時間微元；

在每個時間微元內視為定熱流邊界，設置給定的熱流密度邊界，如下公式(2)，

其中，q′_k為第k個時間微元的熱流密度邊界，D_c為燃燒室內徑；

針對燃燒室外壁溫度，設置絕緣邊界，如下公式(3)，

其中，D_o為燃燒室外徑；

對于第一個時間微元以室溫作為初始溫度，對于其他時間微元，以上一個時間微元迭代結束時刻的溫度場作為初始溫度，基于上述的公式(1)、(2)和(3)計算得到第k個時間微元的溫度場T(q′_k)，T(q′_k)是溫度變量T的矩陣表示形式。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述針對每個時間微元，根據單個測量位置的溫度數據和所述溫度場，計算每個迭代步的方差和，根據相鄰兩個迭代步的方差和相鄰兩個迭代步的熱流之差判斷滿足收斂條件時，得到該時間微元的平均熱流，包括：

根據所述第k個時間微元的溫度場T(q′_k)，建立雅可比矩陣，如公式(4)，

其中，所述雅可比矩陣的各元素由以下公式(5)得到：

其中，J_j為是第j個溫度測量點處的變量溫度隨熱流的變化率，ε為設定的用于求解變化率的量值，q_k′為第k個時間微元的熱流值；

由以上一個迭代步中的熱流值和所述雅可比矩陣，按照公式(6)計算下一次迭代步中的熱流值

其中，μ⁽ⁿ⁾為第n次迭代步的阻尼因子，I為單位對角矩陣，n用于指示第n次迭代步，T_exp為溫度向量，J⁽ⁿ⁾雅可比矩陣第n次迭代的值組成的向量；

按照如下方式分別計算前后兩次迭代的方差：

根據計算得到的第k個時間微元的溫度場T(q′_k)和所述測量裝置所測量得到的測量點的溫度數據，按照如下公式(7)，計算方差S(q′_k)，

其中，m為測點位置在時間微元內選取的用于對比的測量溫度點數目，j為溫度測量點的編號，T_exp,j為第j個溫度測量點的溫度數據；

并判斷后一次迭代的方差是否小于前一次迭代的方差；

如果是，根據前后兩次迭代得到的熱流值之差的絕對值與預設的收斂殘差進行判斷是否收斂；

如果收斂，將最后得到的熱流值作為當前時間微元的平均熱流值；

如果不收斂，則進行下一次迭代步的計算，直至最終滿足收斂條件。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述如果不收斂，則進行下一次迭代的計算，包括：

如果不收斂，設置使下一次的迭代的阻尼因子μ⁽ⁿ⁺¹⁾＝0.5μ⁽ⁿ⁾，然后進行下一次迭代計算。