[發明專利]一種沖擊射流強化換熱特性的離散化測試方法及裝置

有效

• 申請號: 202110113420.0
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112800607B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 高明昕;宋華;楊建;關士學;張月;付麗華;宋棟棟;吳成千
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01N25/20;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

1.一種沖擊射流強化換熱特性的離散化測試方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、設計測試裝置，所述的測試裝置包括上支撐板、測試圓柱、隔熱材料、導向柱和下支撐板，上支撐板接觸工件，在上支撐板換熱表面不同位置的下方設置測試圓柱，將測試對象離散成各測試點，各測試圓柱下表面以及測試圓柱之間用隔熱材料隔開，以阻斷各測試點之間以及測試點與外界之間的熱量傳遞；

步驟二、物性參數方程擬合；

步驟三、以及材料發射率測試；

步驟四、沖擊射流強化換熱實驗：

1)加熱前，先將工件置于測試位置，并調整好其與噴嘴和熱像儀的相對位置；

2)將測試裝置的上支撐板連帶測試圓柱一起向上移動，使測試圓柱所有部分都高出隔熱材料而與加熱環境直接接觸，并在上支撐板與支撐套之間設置檔塊，使上支撐板不在加熱過程滑落；

3)將測試裝置整體放置于加熱爐內加熱至所預設溫度；

4)打開爐門，在爐內將上支撐板連同測試圓柱歸位，并在爐內迅速蓋上保溫蓋，以防止轉運過程散熱而影響實驗精度；

5)將測試裝置置于相應位置后，去掉上部保溫蓋，同時迅速開啟射流閥門，并記錄表面溫度；

步驟五、對流換熱系數計算。

2.根據權利要求1所述的一種沖擊射流強化換熱特性的離散化測試方法，其特征在于，每個測試點的測試圓柱應同時滿足兩個條件：

1)測試圓柱直徑應滿足工程換熱的無限長圓柱條件，即式中λ為圓柱材料的導熱系數；r為測試圓柱直徑；h為測試圓柱端部換熱表面的對流換熱系數預估值，h建議取值范圍為：常速氣體沖擊射流取20-200，音速或超音速氣體沖擊射流取200-800；水霧淬火取500-1000；水強制對流取1000-15000；特殊工況可依據經驗值預估；單位：

2)測試圓柱的長度應滿足，在整個測試過程，測試圓柱下表面的溫度不隨上表面的降溫而發生變化。

3.根據權利要求1所述的一種沖擊射流強化換熱特性的離散化測試方法，其特征在于，所述的步驟五的對流換熱系數計算包括如下：

1)對各測試點得到的隨時間變化的溫度值擬合成多項式方程，得到如下形式：

2)使用如下所示的方程2計算得到個測試圓柱下方各節點隨時間變化的溫度值：

式中

3)使用如下所示的方程3計算得到各測試點隨溫度變化的隨流換熱系數：

4)δτ和δx的選取時需滿足以下條件：

以上計算式1-4中，m指多項式階數，i＝1…t表示時間步，t表示測量溫度的結束時間，n表示位置節點數，指序號為n的節點在i時刻的溫度值，表示測試點的上表面溫度，指測試圓柱的下端面溫度，為不真實存在的虛擬點，δτ表示時間間隔，δx表示測試圓柱各節點的位置間隔，ρ為隨溫度變化的密度擬合方程，c_p為隨溫度變化的比熱容的擬合方程，λ為材料隨溫度變化的導熱系數的擬合方程。

4.根據權利要求1所述的一種沖擊射流強化換熱特性的離散化測試方法，其特征在于，所述的步驟二中，物性參數方程擬合的方法包括：在matlab中輸入以下語句，使用自動彈出的cftool工具，按需求選擇方程類型和精度，擬合得到隨溫度變化的熱物性參數方程:

clear；

Cftool；

x＝[A1,A2,···，An]；

y＝[C1,C2,···，Cn]；

其中：A1—An，C1—Cn分別指不同的溫度值和該溫度值時對應的熱物性參數值。

5.根據權利要求1所述的一種沖擊射流強化換熱特性的離散化測試方法，其特征在于，所述的步驟三中，因需要使用熱成像儀或紅外線測溫儀測量換熱表面溫度，而不同材料在不同環境、不同粗糙度以及不同溫度時的發射率不同也會導致測量結果的不同，因此在研究前須獲得實驗材料的發射率；測試方法為：

1)在加熱爐內設置標定好的熱電偶，將加熱爐加熱至設定溫度；

2)將測試材料置于爐內并使其充分受熱；在爐內使用保溫蓋蓋住以防止散熱，取出并定位后取下保溫蓋，同時用擬使用的熱像儀拍攝記錄瞬時溫度照片，調整熱像儀的發射率值，使熱像儀測量的溫度和爐內熱電偶溫度一致，則該發射率就是該溫度時材料的發射率。