一种转盘对流换热系数瞬态测量方法、装置及电子设备

本发明涉及航空发动机高转速旋转盘腔中传热领域但不局限于其他领域，尤其是涉及一种转盘对流换热系数瞬态测量方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、提升航空发动机涡轮前温度可以有效提高航空发动机的推重比。为了获得良好的冷却性能，国内外许多研究学者对航空发动机热端部件部分的主流和二次流通道的流动换热特性进行了大量的研究：其中表征换热的两个重要参数是对流换热系数和努塞尔数，从实验中的获得这两种参数的准确性至关重要。

2、目前，对流换热系数的测量方法分为稳态法和瞬态法。稳态法对实验条件的要求较苛刻，稳态需要达到热平衡，实验周期长，成本高且误差较大。瞬态法由于实验周期短，误差小，近年来被广泛运用于对流换热系数测量实验中。最常采用的是基于一维半无限大瞬态导热模型的瞬态换热测量方法，该方法对气流温度阶跃快、固体内部的温度均匀，热穿透时间短(即导温系数小)等有较高的要求。

3、但是，高转速盘腔中气动热明显，在实验时涡轮盘的初始温度沿着径向或者轴向分布不均匀。同时，航空发动机中涡轮盘腔的材料大都为钛合金材料，导温系数相对较高，实验满足热不穿透的时间短，则该方法在对转盘的对流换热系数测量时，容易出现结果偏差较大的情况，影响对流换热系数的精准度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有一维半无限大平板模型瞬态换热系数测量方法中对气流温度阶跃快、固体内部的温度均匀，热穿透时间短等有较高要求的问题，提供了转盘的对流换热系数确定方法、装置及转盘，可以通过对转盘的壁面温度变化信息及绝热壁温值来确定转盘的对流换热系数，有效规避传统瞬态换热实验对实验时间、转盘材料、转盘表面初始温度均匀分布的限制，实现了对转盘的流换热系数的准确测量。

2、第一方面，本公开实施例提供了一种转盘对流换热系数瞬态测量方法，应用于转盘，转盘包括实验段流动通道及转盘主体，方法包括：

3、当满足稳定流场条件时，将实验段流动通道中的气流主流温度调整阶跃至设定温度；

4、转盘的背风面做绝热处理，确定转盘从主流温度开始变化后的壁面温度变化信息；

5、确定转盘的绝热壁温值；

6、根据壁面温度变化信息及绝热壁温值，确定转盘的对流换热系数。

7、可选的，该方法，还包括：满足稳定流场，需要向实验段流动通道中通入设定流量的空气以及转盘的转速达到设定值。

8、可选的，实验段流动通道、及转盘背风面张贴保温材料，实验段流动通道的入口安装有热电偶。

9、可选的，在转盘的表面布置有贴片式热电偶测量转盘的壁面温度，转盘的迎风面机匣上设置有红外热像仪的窗口，转盘上的温度测点的引线通过转轴与记录仪相连，并随着转轴转动。

10、可选的，确定转盘从气流主流温度阶跃至设定温度且转盘换热过程进行至正规状况阶段过程中的壁面温度变化信息，包括：将气流主流温度发生变化的时刻作为初始时刻；将初始时刻下转盘的壁面温度作为初始壁面温度；按照设定的采集频率确定初始时刻后转盘的壁面温度，得到温度信息；将初始壁面温度及温度信息作为壁面温度变化信息。

11、可选的，根据壁面温度变化信息及绝热壁温值，确定转盘的对流换热系数，包括：获取壁面温度变化信息中的初始壁面温度值；根据正规状况阶段条件及时刻阈值，确定时刻阈值下对应的目标壁面温度值；根据初始壁面温度值、目标壁面温度值、绝热壁温值以及转盘的相关信息确定对流换热系数，其中，转盘的相关信息包括转盘的厚度、导热系数、热容、热扩散率等。

12、第二方面，本公开实施例还提供了转盘对流换热系数瞬态测量方法的装置，该装置包括：

13、温度调整模块，用于当满足稳定流场条件时，将实验段流动通道中的气流主流温度调整阶跃至设定温度；第一确定模块，转盘背风面做绝热处理，确定转盘从气流主流温度变化阶跃至设定温度且转盘换热过程进行至正规状况阶段过程中的壁面温度变化信息；第二确定模块，确定转盘的绝热壁温值；第三确定模块，用于根据壁面温度变化信息及绝热壁温值，确定转盘的对流换热系数。

14、第三方面，本公开实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括：

15、至少一个处理器；以及

16、与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

17、当存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，计算机程序被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行如本公开任意实施例的一种转盘对流换热系数瞬态测量方法。

18、第四方面，本公开实施例提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本公开任意实施例的一种转盘对流换热系数瞬态测量方法。

19、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

20、因此，本发明有如下有益效果：

21、1.通过在满足稳定流场条件时，调整实验段流动通道中的气流主流温度，确定壁面温度变化信息，为后续对流换热系数的测量奠定了基础。

22、2.通过对转盘的壁面温度变化信息及绝热壁温值来确定转盘的对流换热系数，有效规避传统瞬态换热实验对实验时间、转盘材料、转盘表面初始温度均匀分布的限制，实现了对转-静盘腔中转盘的对流换热系数的准确测量。

技术特征：

1.一种转盘对流换热系数瞬态测量方法，其特征在于，应用于转盘，所述转盘包括实验段流动通道及转盘主体，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种转盘对流换热系数瞬态测量方法，其特征在于，还包括：满足稳定流场条件，需要试验段内主流流量及转盘转速达到设定值。

3.根据权利要求1所述的转盘对流换热系数瞬态测量方法，其特征在于，所述实验段流动通道及转盘背风面张贴保温材料，所述实验段流动通道的入口安装有热电偶。

4.根据权利要求1所述的一种转盘对流换热系数瞬态测量方法，其特征在于，所述在所述转盘的表面布置有贴片式热电偶测量转盘的壁面温度，所述转盘的迎风面机匣上设置有红外热像仪的窗口，所述转盘上的温度测点的引线通过转轴与记录仪相连，并随着所述转轴转动。

5.根据权利要求1所述的一种转盘对流换热系数瞬态测量方法，其特征在于，所述确定所述转盘在所述气流主流温度变化阶跃至设定温度且转盘换热进行到正规状况阶段过程中的壁面温度变化信息，包括：

6.根据权利要求1所述的一种转盘对流换热系数瞬态测量方法，其特征在于，所述根据所述壁面温度变化信息及所述绝热壁温值，确定所述转盘的对流换热系数，包括：

7.转盘对流换热系数瞬态测量方法装置，其特征在于，包括：

8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

9.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-6中所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种转盘对流换热系数瞬态测量方法、装置及电子设备。该方法应用于转盘，转盘包括实验段流动通道及转盘主体，方法包括：当满足稳定流场条件时，将实验段流动通道中的气流主流温度调整阶跃至设定温度；对转盘进行绝热处理，确定转盘在气流主流温度变化至设定温度过程中的壁面温度变化信息；确定转盘的绝热壁温值；根据壁面温度变化信息及绝热壁温值，确定转盘的对流换热系数。通过对转盘的壁面温度变化信息、绝热壁温值以及转盘的相关信息来确定转盘的对流换热系数，其中，转盘的相关信息包括转盘的厚度、导热系数、比热容、热扩散率等。有效规避传统瞬态换热实验对实验时间、转盘材料、转盘表面初始温度均匀分布的限制，实现了对转‑静盘腔中转盘的对流换热系数的精准确定。

技术研发人员：刘高文,林阿强,畅然,王佳豪,李颜怀,王良平,陈燕
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15