[發(fā)明專(zhuān)利]溫度采集組件及電弧風(fēng)洞平板試件表面熱流密度測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210124104.8
• 申請(qǐng)日: 2022-02-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114593835A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉迪;謝龍;曹杰;劉鵬;李晶;呂文亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京機(jī)電工程研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01K7/02
• 分類(lèi)號(hào): G01K7/02;G01K17/08;G01M9/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種溫度采集組件，其特征在于，包括金屬平板、隔熱框、熱電偶，所述隔熱框包圍在金屬平板周邊，所述金屬平板下表面中心位置安裝兩個(gè)熱電偶，兩個(gè)熱電偶探針到金屬平板上表面距離不同，所述溫度采集組件設(shè)置在電弧風(fēng)洞噴管出口待測(cè)位置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度采集組件，其特征在于，所述金屬平板的下表面幾何中心6mm半徑范圍內(nèi)設(shè)置2個(gè)孔，單個(gè)孔直徑不大于2mm，2個(gè)孔的孔底距離金屬平板上表面分別為x₁mm和x₂mm，x₁取1～3mm，x₂比x₁大1～2mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫度采集組件，其特征在于，所述金屬平板材質(zhì)為各向同性、熔點(diǎn)高于風(fēng)洞流場(chǎng)滯止溫度100攝氏度以上金屬材質(zhì)；所述金屬平板長(zhǎng)和寬的尺寸范圍為80mm～280mm，所述金屬平板厚度尺寸范圍為10mm～30mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度采集組件，其特征在于，所述隔熱框材質(zhì)為導(dǎo)熱系數(shù)低于0.5W/(m K)、密度低于650kg/m³、耐溫高于風(fēng)洞流場(chǎng)滯止溫度的輕質(zhì)隔熱材料，所述隔熱框厚度范圍為20mm～40mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度采集組件，其特征在于，所述熱電偶為K型鎧裝熱電偶，采用針型結(jié)構(gòu)，探針直徑1mm～1.5mm之間，探針長(zhǎng)度大于金屬平板的厚度3mm以上；所述熱電偶探針尖端與金屬平板孔底之間的壓緊力不小于8N。

6.一種電弧風(fēng)洞平板試件表面熱流密度測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟

通過(guò)溫度采集組件獲得距平板試件上表面不同距離處的溫度；

根據(jù)分離變量法，預(yù)設(shè)平板試件表面溫度表達(dá)式為若干個(gè)時(shí)間函數(shù)與坐標(biāo)函數(shù)的乘積再加合的形式；

利用溫度采集組件獲得的溫度數(shù)據(jù)對(duì)溫度表達(dá)式進(jìn)行第一次反解修正；

利用Savitzky-Golay濾波函數(shù)對(duì)溫度表達(dá)式進(jìn)行第二次修正；

利用第二次修正的溫度表達(dá)式得到平板試件表面溫度，代入傅利葉導(dǎo)熱定律得到平板試件表面熱壁熱流密度。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電弧風(fēng)洞平板試件表面熱流密度測(cè)量方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)平板試件表面溫度表達(dá)式為

其中，n為4，g_i(x)為坐標(biāo)函數(shù)，f_i(t)為時(shí)間函數(shù)，t為時(shí)間，x為到金屬平板上表面的距離變量。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電弧風(fēng)洞平板試件表面熱流密度測(cè)量方法，其特征在于，所述坐標(biāo)函數(shù)選取不同階次的多項(xiàng)式或樣條函數(shù)；

所述利用溫度采集組件獲得的溫度數(shù)據(jù)對(duì)溫度表達(dá)式進(jìn)行第一次反解修正，具體為通過(guò)下式求解時(shí)間函數(shù)，代入溫度表達(dá)式實(shí)現(xiàn)第一次修改正，

其中，x₁、x₂分別為溫度采集點(diǎn)距離平板試件上表面的距離，T₁和T₂為溫度采集組件兩個(gè)溫度采集點(diǎn)獲得的溫度，和為溫度的時(shí)間變化率，λ為金屬平板的材料導(dǎo)熱系數(shù)，ρ為金屬平板的材料密度，c為金屬平板的材料比熱容。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電弧風(fēng)洞平板試件表面熱流密度測(cè)量方法，其特征在于，所述利用Savitzky-Golay濾波函數(shù)對(duì)溫度表達(dá)式進(jìn)行第二次修正具體為，采用下式對(duì)溫度原始數(shù)據(jù)T₁、T₂進(jìn)行濾波處理，將濾波后的溫度和溫度變化率代入溫度表達(dá)式進(jìn)行第二次修正，

其中，m為任意大小的正整數(shù)，a_k和b_k是濾波函數(shù)中的權(quán)重系數(shù)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電弧風(fēng)洞平板試件表面熱流密度測(cè)量方法，其特征在于，所述平板試件表面的溫度為

T_surface＝T(t,0)＝J(T₁,T₂,x₁,x₂,0)

所述平板試件表面的熱流密度為