[发明专利]一种固体三维导热的对流换热系数的获取方法

权利要求书

1.一种固体三维导热的对流换热系数的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将待测固体于初始时刻置于均匀流动的流体中，获取流体温度、所述待测固体的表面初始温度、导热系数和热扩散系数，通过表面测温技术测量所述待测固体的表面达到的特定温度以及达到该温度所消耗的时间，并分别记为测量温度和测量时间；

S2：根据三维导热控制方程计算在测量时间内的初始时刻下待测固体的表面温度，构建计算的待测固体的表面温度与测量温度的温度代价函数，并根据待测固体的热扩散系数和温度代价函数构建对流换热系数测量的拉格朗日函数；

S3：预估初对流换热系数，根据拉格朗日函数分别获取在测量时间内的所有时刻下固体表面的温度分布和伴随算子，根据伴随算子和代价函数获取对流换热系数变化梯度；

S4：根据所述对流换热系数的变化梯度，通过牛顿迭代法，获取最佳对流换热系数。

2.根据权利要求1所述的一种固体三维导热的对流换热系数的获取方法，其特征在于，所述S2中温度代价函数的公式为：

式中，τ为测量时间内的任一时刻，T(τ)为计算的待测固体表面温度，为测量温度，J为温度代价函数。

3.根据权利要求2所述的一种固体三维导热的对流换热系数的获取方法，其特征在于，所述S2中拉格朗日函数的公式为：

式中，x为流体的平行来流方向，y为流体的垂直来流方向，z为待测固体表面的法向方向，λ为伴随算子，a为待测固体的热扩散系数。

4.根据权利要求3所述的一种固体三维导热的对流换热系数的获取方法，其特征在于，所述S3包括以下步骤：

S3.1：预估初始对流换热系数；

S3.2：设置第一初始条件和第一边界条件，离散正向求解三维导热控制方程，即对拉格朗日函数求关于伴随算子的偏导，获取测量时间内所有时刻下的固体表面温度分布；

S3.3：设置第二初始条件和第二边界条件，离散反向求解拉格朗日函数关于温度的偏导，获取所有时刻下固体表面的伴随算子；

S3.4：根据伴随算子，求解代价函数关于对流换热系数的偏导，获取对流换热系数的变化梯度。

5.根据权利要求4所述的一种固体三维导热的对流换热系数的获取方法，其特征在于，所述S3.2中采用Crank-Nicolson差分格式进行离散正向求解。

6.根据权利要求4所述的一种固体三维导热的对流换热系数的获取方法，其特征在于，所述对流换热系数的变化梯度的公式具体为：

式中，T_f为流体温度。

7.根据权利要求6所述的一种固体三维导热的对流换热系数的获取方法，其特征在于，所述S4包括以下步骤：

S4.1：通过牛顿迭代法，计算下一迭代步的对流换热系数；

S4.2：根据每一迭代步的对流换热系数计算迭代残差，并设定残差阈值，当某一迭代步与其后一迭代步的迭代残差小于残差阈值时，将该迭代步下计算的对流换热系数作为测量最佳对流换热系数。

8.根据权利要求7所述的一种固体三维导热的对流换热系数的获取方法，其特征在于，所述下一迭代步的对流换热系数的公式为：

式中，h_K+1为第K+1迭代步的对流换热系数，h_K为第K迭代步的对流换热系数，J_K第k迭代步的温度代价函数。

9.根据权利要求8所述的一种固体三维导热的对流换热系数的获取方法，其特征在于，所述残差的计算公式为：

g＝|h_K+1-h_K|

式中，ε为第K+1迭代步下和第K迭代步下的迭代残差。

10.根据权利要求7所述的一种固体三维导热的对流换热系数的获取方法，其特征在于，所述残差阈值为10^-5。