[发明专利]一种超声波除冰效果预测方法

摘要

本发明公开了一种超声波除冰效果预测方法，涉及超声波除冰技术领域。本发明根据超声波除冰的基本原理，定义可以定量描述结冰层界面层粘接程度的场变量，并给出此变量的演化规律控制方程，通过实验测定方程中的参数并结合破冰准则，将控制方程嵌入数值计算软件进行二次开发，可以获得到表面结冰的脱落时间和次序，由此便可以对整个除冰过程进行定量预测。本发明能够对超声波除冰效果进行预测，达到评估超声波除冰系统可行性并指导其设计的目的。

主权项

一种超声波除冰效果预测方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、建立由超声波电源、功率放大系统和超声激振器组成的超声波除冰系统；步骤二、针对待除冰层，定义表征待除冰层在待除冰设备的表面上剥离程度的损伤场变量D，具体表示为：D＝D(x1,x2,x3,t)   (1)损伤场变量D的取值范围为0～1，当其为0时表示界面完好无损，当其为1时表示结冰已经剥离；x1、x2、x3表示空间位置坐标；t表示时间变量；步骤三、结合超声波除冰原理和实验规律，计算损伤场变量D的演化控制方程；损伤场变量D的演化控制方程表示为：∂D∂t=a(τ|interface-τth)m---(2)]]>其中，τ|interface表示界面层的横向剪切应力幅值，τth表示横向剪切应力门槛值，a和m分别为常数；步骤四、根据损伤场变量D的定义，结合损伤场变量D的演化控制方程规律给出破冰准则；首先，针对待除冰表面某一点，计算该点的冰层脱落时的损伤场变量；此时损伤场变量D的值为1，公式如下：D(x10,x20,x30,T)=1---(3)]]>其中，表示界面上某一点的空间坐标；T表示该点结冰剥离时间；然后，将损伤场变量D的演化控制方程积分代入该点冰层脱落时的损伤场变量D中，推知破冰准则式；破冰准则为包含除冰时间T的隐式方程，公式如下：∫0DdDdtdt=1---(4)]]>求解后能预测整个界面每个位置的除冰时间；步骤五、根据超声波除冰系统的设计参数和待除冰结构的具体形式，在数值计算软件中建立数字模型，得到超声振荡器的最佳工作频率；利用数值计算软件进行简谐振动计算，根据代表性节点的幅频特性曲线获得超声振荡器的最佳工作频率；步骤六、在最佳工作频率下求解界面层的横向剪切应力场，并代入损伤场变量D的演化控制方程，获得任意时刻损伤变量场的分布；步骤七、结合破冰准则式，获得实际待除冰设备的任意位置除冰时间的预测值，并绘制除冰效果预测图。