[发明专利]一种基于凸出式热电偶的热流密度分布的测量方法

权利要求书

1.一种基于凸出式热电偶的热流密度分布的测量方法，将热电偶安装在热电偶安装块上；在待测部件上开出一个与热电偶安装块形状、大小匹配的锥状通孔，将固定有铠装热电偶的热电偶安装块安装在部件的通孔中；其特征在于：

热电偶安装块横截面为梯形，下表面直径小于上表面直径；且热电偶安装块下表面面积小于待测部件上开出的锥孔下表面面积，安装完成后热电偶安装块将凸出于待测部件上开出的锥孔的下表面，凸出高度不少于1cm，保证热电偶安装块测温面在待测部件受热面下方；

热电偶的安装位置按预定的布局排列；利用热电偶测量设备采集各热电偶安装处的温度随时间的变化曲线；确定升温过程中某一时刻与初始升温时刻的各热电偶安装点的温差；根据各热电偶安装点的温差计算求得安装点处的所对应的表面热流密度并通过插值或拟合确定物体表面的热流密度分布，同时还能通过对获得的热流密度进行积分确定总热功率；

其中，热电偶的安装位置和数量根据待测热流密度的面积和测量精度安排；

利用热电偶测量设备获取热电偶安装处的温度随时间的变化曲线，确定某一时刻各热电偶安装点的温度，并根据曲线计算各安装点在升温过程中某一时刻与初始升温时刻的温差；

基于传热学原理计算各个测量点的热流密度，根据热电偶的分布特点选择插值或拟合方法进行数据处理获得整个测量面上的热流密度分布；

利用测量的热流密度分布在热流承载面上进行积分获得总热功率，具体包括：

若插值后通过拟合获得分布函数q_w＝f(x,y)，则对分布函数在待测面上进行面积分，即求得总热功率；若无法通过拟合获得分布函数，利用插值后的数据q_wτi,j进行绘图获得热流密度分布，同时通过对q_wτi,j进行离散积分求得总热功率；

采集所有热电偶随时间的变化曲线，然后根据公式：

确定热电偶安装处所对应表面的热流密度，其中q_w是热流密度，θ为0时刻到τ时刻的某位置的温度变化，z为热电偶安装点到热流承载面的距离，λ为热导率，α为热扩散系数，为高斯误差函数。

2.根据权利要求1所述的一种基于凸出式热电偶的热流密度分布的测量方法，其特征在于：

安装完成后热电偶安装块将凸出于待测部件上开出的锥孔的下表面，且热电偶测温端的测温面在待测部件受热面下方，在保证热电偶安全的情况下，热电偶安装点的位置需要靠近安装块表面，具体包括：

若待测部件承受的瞬时热流密度不超过1MW/m²，热电偶安装点的位置与安装块表面之间的距离应为2至3mm，若待测部件承受的瞬时热流密度超过1MW/m²，热电偶安装点的位置与安装块表面之间的距离应为3至5mm。

3.根据权利要求2所述的一种基于凸出式热电偶的热流密度分布的测量方法，其特征在于：

若待测部件承受的稳态平均热流密度大于1MW/m²，则在热电偶安装点的位置与安装块表面之间的距离为2至3mm的基础上，热电偶安装点的位置与安装块表面之间的距离应适当增加3至5mm，且保证热电偶安装点的位置与受热面之间的距离小于凸出高度的一半，或增加水冷结构，以保证测温设备的安全工作。

4.根据权利要求1所述的一种基于凸出式热电偶的热流密度分布的测量方法，其特征在于：

若通过函数拟合的方法获得热流密度分布，则通过对拟合函数进行面积分获得整个热承载面的热功率：

P_total＝∫∫f(x，y)ds

式中，s为热流承载面的面积。

5.根据权利要求1所述的一种基于凸出式热电偶的热流密度分布的测量方法，其特征在于：

若无法通过函数拟合的方法获得热流密度分布，则利用插值后的数据q_wτi,j进行离散积分获得整个热承载面的热功率：

式中P_total为总热功率，n，m分别是x，y方向上的插值后的元素个数，△x,△y分别是x，y方向上的插值的步长。