一种固态储氢装置表面热流密度测量方法与流程

本发明主要涉及到储氢，特指一种固态储氢装置表面热流密度测量方法。

背景技术：

1、气候变暖是人类面临的全球性问题，对人类生存和健康造成严重威胁。发展清洁能源，优化能源结构，是人类可持续发展的必然趋势。氢能是一种绿色无污染、零碳排放的可再生清洁能源，是节能减排的重要路径之一，已正式纳入我国能源法。但由于用氢成本高、安全隐患大，导致氢能源推广应用受到较大限制。

2、固态储氢可以实现氢气高安全性储存，并且体积储氢密度大，在重载交通运输领域具有广阔应用前景。固态储氢装置的放氢过程主要受温度和压力影响，储氢装置的表面热流密度对其内部温度变化具有重要影响。因此，固态储氢装置表面热流密度准确测量对于固态储氢装置工程应用至关重要。

3、但是，固态储氢装置在充放氢过程中温度变化速度快，装置表面热流密度变化快，传统技术均难以直接精准测量。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作简便、适用范围广的固态储氢装置表面热流密度测量方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种固态储氢装置表面热流密度测量方法，其包括：

4、步骤s1：在固态储氢装置表面选取m个测量点，利用红外热像仪测量储氢装置在充氢或放氢过程中m个测量点在n个测量时刻的温度

5、步骤s2：建立固态储氢装置内部传热传质模型；

6、步骤s3：设定固态储氢装置表面热流密度的初始猜测值

7、步骤s4：根据固态储氢装置内部传热传质模型及当前热流密度数值计算m个测点在n个测量时刻的温度

8、步骤s5：根据m个测点在n个测量时刻的测量温度和模拟计算温度建立固态储氢装置表面热流密度测量的输入信号em,n和目标函数f；

9、步骤s6：检验目标函数值是否达到指定收敛精度，如果满足条件则跳至步骤s10，否则进入下一步；

10、步骤s7：建立固态储氢装置表面热流密度测量的模糊推理单元，基于输入信号em,n进行模糊推理，获得推理输出结果dm,n；

11、步骤s8：建立固态储氢装置表面热流密度测量的综合加权规则；

12、步骤s9：根据推理输出结果及综合加权规则，更新热流密度然后返回步骤s4；

13、步骤s10：输出当前热流密度值，作为固态储氢装置表面热流密度的测量结果。

14、作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s1中，在固态储氢装置表面选择m个取样点是指根据红外热像仪分辨率，在储氢装置表面均匀选择测量点位置。

15、作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s1中，所述测量点位置至少包括需要测量热流密度的位置。

16、作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s2中，所述固态储氢装置内部传热传质模型包括传热控制方程、传质控制方程、热力学控制方程、动力学控制方程、初始条件、边界条件中的一个或多个。

17、作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s3中，所述固态储氢装置表面热流密度的初始猜测值根据实际热流密度的数量级，初始值设定为一个常数值。

18、作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s4中，计算m个测点在n个测量时刻的温度是指利用数值求解方法求解固态储氢装置内部传热传质模型，数值计算各测量点处不同时刻的温度。

19、作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s5中，所述输入信号em,n的建立如下：

20、

21、作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s5中，所述目标函数f的建立如下：

22、

23、作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s6中，所述收敛精度是指根据测量精度要求指定的的数值。

24、作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s7中，所述模糊推理单元包括模糊化、模糊推理、解模糊化三个模块。

25、作为本发明方法的进一步改进：所述模糊化是将输入信号em,n转化为模糊量，将输入信号与模糊单元输出信号的范围表示为[-ri,ri]和[-ro,ro]，并将两个范围空间分别划分为7个模糊子集，表示为{a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7}和{b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7}，分别对应nb、nm、ns、ze、ps、pm、pb，并采用等腰三角形隶属度函数确定输入信号和输出信号的隶属度。

26、作为本发明方法的进一步改进：所述模糊推理的规则根据测量信号与待重构参数之间的物理关系确定，热流密度越大，温度升高越多。

27、作为本发明方法的进一步改进：所述解模糊化是将模糊推理输出转化为准确输出量，采用马丹尼最大-最小推理方法确定推理输出dm,n。

28、作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s8中，所述综合加权规则是根据测量温度信号对热流密度的敏感度确定，建立如下：

29、

30、其中，ψqi,j(tm,n)为tm,n对qi,j的敏感度。

31、作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s9中，所述更新热流密度，按照下式进行更新：

32、

33、与现有技术相比，本发明的优点就在于：

34、1、本发明的一种固态储氢装置表面热流密度测量方法，原理简单、操作简便、适用范围广，本发明利用装置表面容易测量的温度，基于本发明所构建的模糊推理模块和储氢装置内部传热传质模块，可以快速重构获得装置表面热流密度，实现热流密度的精准在线监测。。

35、2、本发明的一种固态储氢装置表面热流密度测量方法，利用红外热像仪采集储氢装置充氢或放氢过程中表面温度作为测量信息，基于模糊推理模块获得热流密度迭代更新的补偿量，重构获得固态储氢装置表面热流密度。本发明的方法测量信息容易获取，测量系统简单，可以实时获取充氢或放氢过程中装置表面热流密度，对于固态储氢装置工程应用具有重要意义。。

技术特征：

1.一种固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，所述步骤s1中，在固态储氢装置表面选择m个取样点是指根据红外热像仪分辨率，在储氢装置表面均匀选择测量点位置。

3.根据权利要求2所述的固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述测量点位置至少包括需要测量热流密度的位置。

4.根据权利要求1所述的固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述固态储氢装置内部传热传质模型包括传热控制方程、传质控制方程、热力学控制方程、动力学控制方程、初始条件、边界条件中的一个或多个。

5.根据权利要求1所述的固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述固态储氢装置表面热流密度的初始猜测值根据实际热流密度的数量级，初始值设定为一个常数值。

6.根据权利要求1所述的固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，所述步骤s4中，计算m个测点在n个测量时刻的温度是指利用数值求解方法求解固态储氢装置内部传热传质模型，数值计算各测量点处不同时刻的温度。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，所述步骤s5中，所述输入信号em,n的建立如下：

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，所述步骤s5中，所述目标函数f的建立如下：

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，所述步骤s6中，所述收敛精度是指根据测量精度要求指定的的数值。

10.根据权利要求1-6中任意一项所述的固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，所述步骤s7中，所述模糊推理单元包括模糊化、模糊推理、解模糊化三个模块。

11.根据权利要求10所述的固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，所述模糊化是将输入信号em,n转化为模糊量，将输入信号与模糊单元输出信号的范围表示为[-ri,ri]和[-ro,ro]，并将两个范围空间分别划分为7个模糊子集，表示为{a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7}和{b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7}，分别对应nb、nm、ns、ze、ps、pm、pb，并采用等腰三角形隶属度函数确定输入信号和输出信号的隶属度。

12.根据权利要求10所述的固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，所述模糊推理的规则根据测量信号与待重构参数之间的物理关系确定，热流密度越大，温度升高越多。

13.根据权利要求10所述的固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，所述解模糊化是将模糊推理输出转化为准确输出量，采用马丹尼最大-最小推理方法确定推理输出dm,n。

14.根据权利要求1-6中任意一项所述的固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，所述步骤s8中，所述综合加权规则是根据测量温度信号对热流密度的敏感度确定，建立如下：

15.根据权利要求1-6中任意一项所述的固态储氢装置表面热流密度测量方法，其特征在于，所述步骤s9中，所述更新热流密度，按照下式进行更新：

技术总结
本发明公开了一种固态储氢装置表面热流密度测量方法，包括：S1：在固态储氢装置表面选取M个测量点，测量储氢装置在充氢或放氢过程中的温度；S2：建立内部传热传质模型；S3：设定表面热流密度初始猜测值；S4：计算当前热流密度对应的表面温度；S5：建立热流密度测量的输入信号和目标函数；S6：检验目标函数值是否达到指定收敛精度；S7：建立模糊推理单元，获得推理输出结果；S8：建立热流密度测量的综合加权规则；S9：根据推理输出结果及综合加权规则，更新热流密度；S10：输出当前热流密度值，作为固态储氢装置表面热流密度的测量结果。本发明具有原理简单、操作简便、适用范围广等优点。

技术研发人员：孙双成,李林,张欢,李小满,唐颖,沈振宇,黄志华,马德金,冯赞,王雅楠,李亚琦
受保护的技术使用者：株洲国创轨道科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1