[發明專利]一種含氣膜冷卻的固體表面測溫誤差仿真分析方法

在審

• 申請號: 202111485183.7
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114169167A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 丁銘;吉潔;顏冰;王波濤;魏依瀾;肖柏成
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01K7/02;G01K15/00;G06F119/08
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 吳小燦

一種含氣膜冷卻的固體表面測溫誤差仿真分析方法，基于Comsol Multiphysics仿真軟件，通過建立三維空間維度，并選擇共軛傳熱層流接口，建立含氣膜冷卻的固體表面測溫幾何模型，分別對待測固體、氣膜、燃氣的材料屬性進行設置，分別設置傳熱接口、層流接口以及多物理場接口，對幾何模型進行網格劃分，配置求解器并進行求解計算，生成模型溫度分布圖等，能夠模擬不同氣膜厚度、冷卻氣體溫度、燃氣溫度、待測固體厚度以及不同位置、鋪設方式、熱電偶固定方式下溫度的特征分布，有利于實現對含氣膜冷卻的固體表面測溫誤差的仿真分析，特別適用于高溫環境下熱電偶表面測溫的速度及導熱誤差分析。

技術領域

本發明涉及熱電偶表面測溫誤差分析技術，特別是一種含氣膜冷卻的固體表面測溫誤差仿真分析方法，基于Comsol Multiphysics多物理場仿真軟件，通過建立三維空間維度，并選擇共軛傳熱層流接口，建立含氣膜冷卻的固體表面測溫幾何模型，分別對待測固體、氣膜、燃氣的材料屬性進行設置，分別設置傳熱接口、層流接口以及多物理場接口，對幾何模型進行網格劃分，配置求解器并進行求解計算，生成模型溫度分布圖等，能夠模擬不同氣膜厚度、冷卻氣體溫度、燃氣溫度、待測固體厚度以及不同位置、鋪設方式、熱電偶固定方式下溫度、流場的特征分布，有利于實現對含氣膜冷卻的固體表面測溫誤差的仿真分析，特別適用于高溫環境下熱電偶表面測溫的速度及導熱誤差分析。

背景技術

熱電偶傳感器對溫度波動的動態響應由其時間常數(τ)決定，在溫度測量中會由于輻射傳熱和動態響應緩慢而引入測量誤差，主要包括導熱誤差、速度誤差、動態誤差和輻射誤差。導熱誤差是由于沿傳感器軸線的溫度梯度，導致熱流遠離測量位置，從而導致流體與傳感器表觀溫度之間的差異；速度誤差是由于氣流速度引起的測量誤差，當傳感器測量氣流溫度時，由于氣流在傳感器敏感部位不能完全滯止，而使得氣流溫度沒有完全恢復至總溫而產生的，從物理本質上來說，只要傳感器敏感部位周圍的流體在流動，就一定會有速度誤差。對于基于熱電偶的含氣膜冷卻的固體表面測溫而言，輻射誤差可忽略不計，速度誤差及導熱誤差受很多因素影響，通常難以測量，需要借助有限元的方法提供一種準確有效的仿真模型用于研究熱電偶表面測溫誤差，并輔以實驗相互驗證。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供一種含氣膜冷卻的固體表面測溫誤差仿真分析方法，基于Comsol Multiphysics多物理場仿真軟件，通過建立三維空間維度，并選擇共軛傳熱層流接口，建立含氣膜冷卻的固體表面測溫幾何模型，分別對待測固體、氣膜、燃氣的材料屬性進行設置，分別設置傳熱接口、層流接口以及多物理場接口，對幾何模型進行網格劃分，配置求解器并進行求解計算，生成模型溫度分布圖等，能夠模擬不同氣膜厚度、冷卻氣體溫度、燃氣溫度、待測固體厚度以及不同位置、鋪設方式、熱電偶固定方式下溫度的特征分布，有利于實現對含氣膜冷卻的固體表面測溫誤差的仿真分析，特別適用于高溫環境下熱電偶表面測溫的速度及導熱誤差分析。

本發明的技術解決方案如下：

一種含氣膜冷卻的固體表面測溫誤差仿真分析方法，包括如下步驟：

步驟1，建立三維空間維度，選擇共軛傳熱中的層流接口，并選擇添加研究；

步驟2，建立含氣膜冷卻的固體表面測溫誤差幾何模型；

步驟3，分別對待測固體層、氣膜層、熱電偶等的材料屬性進行設置；

步驟4，分別設置傳熱接口、層流接口以及多物理場接口；

步驟5，對幾何模型進行網格劃分，直至進一步細化網格或時間步長不會實質性地改變仿真輸出；

步驟6，配置求解器并進行求解計算，生成模型溫度分布圖；

步驟7，改變以下參數中的一項或多項以得到相關仿真結果并對仿真結果后處理，所述參數包括：氣膜溫度，氣膜層厚度，待測固體層厚度，燃氣溫度，與熱電偶相關的不同位置或鋪設方式或固定方式，入口流速或壓力；

步驟8，進行表面測溫誤差仿真分析。