【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于瞬时气流温度测量，尤其涉及一种瞬时气流温度的计算方法及测量装置。
技术介绍
1、瞬时气流温度在流固传热领域有重要的价值，是至关重要的参数之一，被广泛应用于航空、航天、燃烧分析、传热分析等领域。
2、目前对于快速气流温度的测量方法大多是基于非接触式测量方法，例如红外测量法、激光测量法、黑体辐射法等，但以上测量方法精确度有限、响应时间慢、设备昂贵，对环境测量要求高等特点，尚不能满足诸多装备对大批量、高可靠的气流温度测试装置的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的技术解决问题是：提供一种瞬时气流温度的计算方法及测量装置，用以解决现有技术不能对瞬时气流温度进行定量测量的问题。
2、本专利技术的专利技术构思是：薄膜热电偶传感器是一种可以实现瞬时温度测量的传感器，当测温点有温度变化时即可输出对应的热电势，结合对应的热电特性即可实现对瞬时温度的有效测量。为此，本专利技术提出一种基于薄膜热电偶传感器的瞬时气流温度测量装置与计算方法。通过屏蔽性好的薄膜热电偶传感器获取高温高速气流经过壁面时的温度变化，结合一维半无限大平板的传热模型与流固传热方程，从瞬时壁面温度反推出气流温度的实时变化过程。
3、本专利技术的技术解决方案是：提供一种获取瞬时气流温度的计算方法，包括以下步骤：
4、s1获取薄膜热电偶所测的瞬时壁面温度变化；
5、s2构建半无限大平板传热模型：
6、
7、其中，t(x,t)是温度，t是时间，x
8、且该模型满足如下边界条件：
9、(1)整个平板的初始温度是均匀的，即
10、t(x,0)＝ti (2)
11、其中，ti为预设的常数；
12、(2)在界面处有气流换热，即
13、
14、其中，λ为热导率，h为对流换热系数；
15、s3将所述薄膜热电偶实测的瞬时壁面温度t(0,t)、所述对流换热系数h以及设定的测量频率代入下式，计算得到瞬时气流温度tf(t)：
16、
17、其中，t(0,t)为在t时刻的实时壁面温度,tf(t)为在t时刻的实时气流温度。
18、进一步地，所述步骤s1获取薄膜热电偶所测的瞬时壁面温度变化，具体为：将至少一个薄膜热电偶传感器安装在被测对象壁面的不同位置，测量获取气流经过壁面不同位置时的瞬时壁面温度。
19、具体地，所述步骤s3公式的计算过程为：
20、传感器内部的温度函数t(x,t)的传热方程为：
21、
22、传热过程中的边界条件为：
23、
24、其中，λ为热导率，h为对流换热系数，ti为传感器的初始温度；
25、当瞬时气流流过传感器表面时，符合传热学中的下述边界方程：
26、
27、将x＝0代入式(6)，获得如下解析表达式:
28、
29、由此得出气流温度的计算公式为：
30、
31、其中，t(0,t)为t时刻的实时壁面温度,tf为t时刻的实时气流温度。
32、本专利技术还提供一种瞬时气流温度的测量装置，包括：
33、至少一个薄膜热电偶传感器，每个所述薄膜热电偶传感器安装在被测对象壁面的不同位置，用于测量气流经过壁面不同位置的瞬时壁面温度；
34、至少一个信号放大器，每个所述信号放大器与对应一个所述薄膜热电偶传感器电连接，用于对所述薄膜热电偶传感器的输出电压信号进行放大；
35、数据采集器，与所有所述信号放大器电连接，用于对所述信号放大器的输出电压信号进行数据采集；
36、计算模块，与所述数据采集器电连接，根据数据采集信号和预设的技术参数值，计算得到瞬时气流温度。
37、进一步地，所述薄膜热电偶传感器和所述信号放大器均为多个，且数量上一一对应，每个所述薄膜热电偶传感器对应连接一个所述信号放大器。
38、所述计算模块中预设的技术参数包括气流与壁面的对流换热系数h、热扩散系数α、热导率λ、初始温度以及测量频率。
39、进一步地，所述计算模块中所述瞬时气流温度的计算方法为：
40、
41、其中，tf(t)为t时刻的实时气流温度，t(0,t)为t时刻的实时壁面温度，ti为初始温度,h为气流与壁面的对流换热系数，α为热扩散系数，λ为热导率，t为时间。
42、进一步地，所述被测对象壁面为不锈钢或铝合金或碳钢或高熵合金材质。
43、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
44、(1)薄膜热电偶传感器本质为一种热电偶型温度传感器，本专利技术通过将薄膜热电偶传感器垂直安装在爆炸装置壁面上，从而实现对壁面温度的快速测试。该瞬时气流温度测量装置具有测量精度高，响应速度快，可靠性高、安装简易、信号稳定、抗干扰能力强等特点，具备批量部署能力。
45、(2)本专利技术是一种基于薄膜热电偶所测瞬时温度的瞬时气流温度推算方法，响应时间与测温精度高。通过屏蔽性好的薄膜热电偶传感器获取高温高速气流经过壁面时的实时温度变化，并结合一维半无限大平板的传热模型与流固传热方程，从瞬时壁面温度反推出气流温度的实时变化过程，从而实现对瞬时气流温度的有效推算。
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1.一种瞬时气流温度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的瞬时气流温度的计算方法，其特征在于，所述步骤S1获取薄膜热电偶所测的瞬时壁面温度变化；具体为：
3.根据权利要求1所述的瞬时气流温度的计算方法，其特征在于，所述步骤S3公式的计算过程为：
4.一种瞬时气流温度的测量装置，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的瞬时气流温度的测量装置，其特征在于，所述薄膜热电偶传感器和所述信号放大器均为多个，且数量上一一对应，每个所述薄膜热电偶传感器对应连接一个所述信号放大器。
6.根据权利要求4所述的瞬时气流温度的测量装置，其特征在于，所述计算模块中预设的技术参数包括气流与壁面的对流换热系数h、热扩散系数α、热导率λ、初始温度以及测量频率。
7.根据权利要求4所述的瞬时气流温度的测量装置，其特征在于，所述计算模块中所述瞬时气流温度的计算方法为：
8.根据权利要求4所述的瞬时气流温度的测量装置，其特征在于，所述被测对象壁面为不锈钢或铝合金或碳钢或高熵合金材质。
【技术特征摘要】
1.一种瞬时气流温度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的瞬时气流温度的计算方法，其特征在于，所述步骤s1获取薄膜热电偶所测的瞬时壁面温度变化；具体为：
3.根据权利要求1所述的瞬时气流温度的计算方法，其特征在于，所述步骤s3公式的计算过程为：
4.一种瞬时气流温度的测量装置，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的瞬时气流温度的测量装置，其特征在于，所述薄膜热电偶传感器和所述信号放大器均为多个，且数量上一...
【专利技术属性】
技术研发人员：金新航，
申请(专利权)人：合肥炬森电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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