[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

摘要

本发明公开了基于热波动耦合红外成像的薄壁局部换热系数测量方法，利用一维非稳态导热方程在一侧(参考侧，换热系数已知)为周期性热流边界条件下的解析解，获得与参考侧壁温和所施加热流波动信号之间的相位差存在单值函数关系的薄壁另一侧(待测侧)的稳态局部换热系数。本技术方案不受红外热成像仪测温精度的影响，可通过对参考侧的热扰动和基于红外成像的薄壁表面温度信号采集实现非接触式薄壁特征表面局部换热系数的快速测量。

主权项

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。