[发明专利]基于红外热像测温技术的非定常壁面加热热流分布测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种壁面受热热流分布测量方法，尤其涉及一种利用红外热像测温技术测量记录壁面在加热源(如火焰、电热器、热气体等)加热时的温度场变化来计算受热热流分布的方法。

背景技术

目前壁面热流测量的方法主要有三种：(1)采用电阻式温度传感器，通过输出的电信号得到已知电阻的温度梯度，利用傅里叶定律，计算壁面热流，例如柱塞式热流计；(2)采用热电偶式温度传感器，通过测量表面温差实现热流测量，例如薄膜热电偶；(3)是利用量热元件吸入热量，测量量热元件的平均温度变化率，再计算表面热流率，例如塞形铜箔量热计。

现有的壁面热流测量方法都是一次测量一个点的热流强度，不能解决整块区域内的实时热流分布问题；而且需要接触测量，其精度由热流传感器与被测物粘贴紧密程度、热流传感器厚度、热流传感器边长决定，对于某些复杂的结构来说传感器的安装较为不便。

发明内容

本发明的目的在于针对目前技术的不足，提供一种非接触式基于红外热像测温技术的非定常壁面加热热流分布测量方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种非接触式基于红外热像测温技术的非定常壁面加热热流分布测量方法，具体步骤如下，

(1)选择密度、比热容和热传导系数已知的物体，壁厚均匀，可近似成平板，其Bi数远小于1，利用红外测温技术记录随时间变化的加热壁面的温度场；

(2)由于Bi数远小于1，则忽略壁面厚度方向热阻，将物体加热问题简化成二维非定常传热问题，得到非定常热平衡方程；

(3)将步骤1)中测量得到的温度场对时间和空间分别求导，计算热温升非定常项和热传导项，忽略自然对流和热辐射，根据步骤2)的非定常热平衡方程计算加热热流。

上述技术方案中，进一步的，所述的步骤1)具体为：利用红外测温技术记录物体壁面随时间变化的温度场，记录过程从初始加热时刻开始到物体温度基本不变。

进一步的，所述的步骤2)具体为：由于物体Bi数远小于1，可采用集中参数法，忽略沿厚度方向的热阻，认为物体两个表面沿厚度方向基本不存在温差，将物体加热问题简化成二维非定常传热问题，得到非定常热平衡方程，即

热温升非定常项＝热传导项+热源项+自然对流项+辐射项

方程包含有5个项，从左到右依次是壁面温度由于加热导致的随时间变化的非定常项，壁面自身的热传导项，加热热源项，自然对流项和辐射项。

进一步的，所述的步骤3)具体为：将通过红外测温技术测量得到的壁面温度场对时间求导，再乘上已知的壁面材料的密度和比热容参数，计算得到非定常项；将壁面温度场对空间求导，乘以壁面的热传导系数，计算得到热传导项。经实验测试发现，往往在加热初期，壁面温度不高，自然对流项和辐射项都比较小，与平均加热热流强度值相差至少2个数量级，因此自然对流和辐射散热项可以忽略。

本发明的有益效果是，本发明通过红外热像技术记录壁面整块区域内随时间变化的温度场，再将温度场对空间和时间求导，计算非定常热平衡方程，得到测量区域内的实时瞬态的加热热流分布。不同于现有的壁面热流传感器需要接触壁面，该方法实现非接触式测量，可适用于各种复杂壁面的热流测量。同时现有的壁面热流传感器在同一时刻只能测量壁面的一个点的热流值，本发明则可以同时测量一个二维区域的热流分布，极大的提高了测量效率，适用于更广泛的工程环境，具有很大的工程及生产实践意义，有很大的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1为测量装置示意图；

图2为本发明具体实例方法的流程图；

图3为不同加热源分别加热时的三个时刻的温度场分布；

图4为不同加热源分别加热时某一时刻对应的热流图；

图中1.加热源 2.受热平板(半径为R，直径为d) 3.红外热像仪 4.图形处理器。

具体实施方式

本发明是基于红外热像测温技术的非定常壁面加热热流分布测量方法，具体步骤如下：

1、选择密度、比热容和热传导系数已知的物体，壁厚均匀，可近似成平板，其Bi数(毕渥数)远小于1，利用红外测温技术记录随时间变化的加热壁面的温度场：

利用红外测温技术记录物体壁面随时间变化的温度场，记录过程从初始加热时刻开始到物体温度基本不变。

2、由于Bi数远小于1，则忽略壁面厚度方向热阻，将物体加热问题简化成二维非定常传热问题，得到非定常热平衡方程；