[发明专利]基于热波动耦合红外成像的薄壁局部换热系数测量方法

权利要求书

1.基于热波动耦合红外成像的薄壁局部换热系数测量方法，其系统主要由红外热像仪，激光发生器和待测薄壁构成；

该方法可在已知薄壁厚度δ、薄壁材料热扩散率a、薄壁材料导热系数k和薄壁参考侧换热系数h_δ的条件下，获得薄壁待测面域的稳态局部换热系数h₀；

其特征在于：薄壁待测面域局部换热系数可由红外热像仪存储介质在测试时间内逐帧记录的薄壁参考侧待测面域温度分布，通过后续数据处理获得，该方法测量过程中需保持参考侧和待测侧流体的主流温度相等且恒定；该方法包括以下步骤，

S1：在一定时间Δt内以向薄壁参考侧对应待测面域范围射入一束由激光发生器产生的已知频率为ω的周期性热源，对应周期为2π/ω，覆盖整个待测面域；

S2：在同一时间段Δt内采用红外热像仪对S1中薄壁参考侧对应待测面域范围的温度分布进行同步的逐像素逐帧记录；

S3：对S2中薄壁参考侧对应待测面域范围内任一像素点对应于一系列离散记录时间t_i的温度T_i进行漂移补偿，漂移补偿即为DriftCompensation，以下简称为DC，其中i＝1,…,n,n为Δt时间内的总帧数，而后采用以下单频离散傅里叶变换公式计算其对应基准正弦函数的系数项

进而求得该像素点对应测温面域平均温度随时间变化之基准正弦函数的相位延迟

S4：按照下式迭代求解S3中相位延迟φ所对应的薄壁待测侧像素点面域内的平均局部换热系数h₀

其中

c₀＝cosh²ξcos²ξ+sinh²ξsin²ξ (5)

c₁＝coshξsinhξ+cosξsinξ (6)

c₂＝cosh²ξsin²ξ+sinh²ξcos²ξ (7)

c₃＝coshξsinhξ-cosξsinξ (8)

S5：薄壁参考侧对应待测面域范围内所有剩余像素点重复S3和S4所述步骤以获得整个待测面域内平均局部换热系数h₀的分布。

2.根据权利要求1所述的基于热波动耦合红外成像的薄壁局部换热系数测量方法，其特征在于：周期性激光热源频率ω的选取应使得薄壁特征无量纲厚度ξ和待测面域无量纲局部换热系数ψ₀在式4所定义的函数关系中处于敏感度系数

最小值附近的区域，式(12)表示logψ₀对φ求导数，d为微分符号；通常情况下参考侧处于自然对流耦合辐射换热的状态，其总体换热系数在数量级上远低于待测侧换热系数，此时可以近似认为式9所定义的r值为零，而周期性激光热源频率ω的选取应满足ξ<1，ξ的数值越小，敏感度系数越接近于最小值，同时满足ψ₀接近于1，ψ₀等于1时为最优，亦即敏感度系数达到最小值的条件。