華中科技大學江普慶獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉華中科技大學申請的專利一種局部對流換熱系數的測量方法及系統獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN118777366B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-09-05發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202410763998.4,技術領域涉及:G01N25/20;該發明授權一種局部對流換熱系數的測量方法及系統是由江普慶;陳韜設計研發完成,并于2024-06-13向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種局部對流換熱系數的測量方法及系統在說明書摘要公布了:本發明屬于熱物性測量相關技術領域,其公開了一種局部對流換熱系數的測量方法及系統,方法包括:采用表面鍍有金屬膜的透明低導熱材料作為與流體進行對流換熱的壁面;采用經方波函數調制的泵浦激光穿過透明低導熱材料對金屬膜進行加熱,同時采用探測光對金屬膜進行探測獲得探測信號,并對其進行處理獲得實驗測量溫度信號;基于雙層結構建立雙向熱擴散方程,并以金屬膜表面對流換熱作為邊界條件,求解獲得模擬溫度信號;以實驗測量溫度信號和模擬溫度信號偏差最小為目標,采用模擬溫度信號對實驗測量溫度信號進行擬合,獲得待測對流換熱系數。本申請能夠準確測量大于100Wm2·K范圍的局部對流換熱系數,空間分辨率小于0.1mm,測量誤差小于10%。
本發明授權一種局部對流換熱系數的測量方法及系統在權利要求書中公布了:1.一種局部對流換熱系數的測量方法,其特征在于,包括: S1:采用表面鍍有金屬膜的透明低導熱材料作為與流體進行對流換熱的壁面,流體與金屬膜直接接觸,進而流體流過金屬膜表面產生對流換熱; S2:采用經方波函數調制的泵浦激光穿過所述透明低導熱材料對所述金屬膜進行加熱,同時采用探測光對所述金屬膜進行探測獲得探測信號,并對所述探測信號進行處理獲得實驗測量溫度信號; S3:基于壁面的雙層結構建立雙向熱擴散方程,并以金屬膜表面對流換熱作為邊界條件,求解獲得模擬溫度信號; S4:以實驗測量溫度信號和模擬溫度信號偏差最小為目標,采用模擬溫度信號對所述實驗測量溫度信號進行擬合,獲得待測對流換熱系數; 步驟S3具體為: S31:求解頻域上基于壁面雙層結構的雙向熱擴散方程,并在金屬膜表面對流換熱的邊界條件約束下,獲得溫度響應的格林函數; S32:在雙層結構的中間界面處施加預設熱流密度,將所述預設熱流密度與所述格林函數乘積獲得金屬膜溫度在頻域上的表達式; S33:對金屬膜溫度在頻域上的表達式進行傅里葉和漢克爾逆變換,進一步采用半徑為的探測光對金屬膜溫度進行加權平均探測,獲得傳熱模型,對所述傳熱模型進行求解獲得時域上的模擬溫度信號; 所述傳熱模型為: 其中,為金屬膜隨時間t變化的溫度信號,為金屬膜吸熱層吸收的泵浦光功率,為投射至金屬膜表面的探測光功率,為金屬膜表面的熱反射系數,R為金屬膜表面的反射率,為溫度響應的格林函數,和是頻域上的變量,分別對應于時域的空間變量和時間變量;,為泵浦激光的方波調制頻率,是泵浦激光和探測光的光斑半徑的均方根值,為虛數單位,為取復數z的實部,=1,2,3…; 其中,格林函數為: 其中,,和分別為材料熱導率和比熱容,腳標1和2分別對應金屬膜和透明低導熱材料,L為金屬膜厚度,G為金屬膜和透明低導熱材料之間的界面熱導,為對流換熱系數,即待測量。
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