【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于工程熱物理，尤其涉及一種基于三維張量運(yùn)算的瞬態(tài)換熱實驗快速后處理方法。
技術(shù)介紹
1、燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)作為一種典型的動力設(shè)備，依托于強(qiáng)大的輸出功率和高效率目前被廣泛應(yīng)用在航空推進(jìn)、船舶動力以及現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中。布雷頓循環(huán)的原理指出，提升渦輪前進(jìn)口溫度是提升發(fā)動機(jī)功率的重要手段之一。目前先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的渦輪前溫度已接近2000k，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過材料的許用溫度。因此，發(fā)展高效的冷卻技術(shù)是提高航空發(fā)動機(jī)性能的關(guān)鍵。對流換熱系數(shù)作為評價內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心指標(biāo)，在換熱實驗結(jié)束后快速得到該實驗結(jié)果對于提升冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計效率至關(guān)重要。
2、目前通常在瞬態(tài)換熱實驗采用瞬態(tài)熱色液晶，在半無限大物體的假設(shè)下，實現(xiàn)被測表面對流換熱系數(shù)的測量。在實驗過程中，需要讓流體形成一個較為理想的溫度階躍。在實驗結(jié)束后，一般會得到被測表面液晶的顯色視頻、流體溫度隨時間變化的數(shù)據(jù)。其中，被測表面每個像素點(diǎn)的顯色時間和對流換熱系數(shù)與流體溫度變化曲線之間的關(guān)系由導(dǎo)熱方程定義。在顯色時間和流體溫度變化曲線已知的情況下，通過數(shù)值求解可以獲得對流換熱系數(shù)。在傳統(tǒng)方法中，一般采用逐行逐列遍歷的方式對每個像素點(diǎn)的對流換熱系數(shù)進(jìn)行數(shù)值求解。該方法處理速度極慢，嚴(yán)重降低了瞬態(tài)實驗的后處理效率，進(jìn)而導(dǎo)致瞬態(tài)換熱實驗對于作為燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)評價指標(biāo)的對流換熱系數(shù)獲取效率嚴(yán)重不足。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提出了一種基于三維張量運(yùn)算的瞬態(tài)換熱實驗快速后處理方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的現(xiàn)有瞬態(tài)實驗后處理
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種基于三維張量運(yùn)算的瞬態(tài)換熱實驗快速后處理方法，包括：
3、獲取瞬態(tài)換熱實驗中的拍攝區(qū)域及實驗參數(shù)；
4、基于所述拍攝區(qū)域，構(gòu)建對流換熱系數(shù)對應(yīng)的二維張量；
5、獲取拍攝區(qū)域中每個像素對應(yīng)的理想溫度階躍數(shù)量；
6、基于拍攝區(qū)域，將最大的理想溫度階躍數(shù)量作為第三維度，構(gòu)建三維張量，并根據(jù)理想溫度階躍數(shù)量對三維張量進(jìn)行填充；
7、將二維張量作為變量，構(gòu)建參數(shù)方程，在所述參數(shù)方程中，將二維張量對應(yīng)的方程與三維張量中第三維度的每層數(shù)據(jù)進(jìn)行矩陣相乘后求和，根據(jù)求和結(jié)果結(jié)合實驗參數(shù)與參數(shù)方程輸出結(jié)果，求解二維張量；
8、根據(jù)填充后的三維張量及實驗參數(shù)求解參數(shù)方程，得到二維張量中每個元素的數(shù)值作為對應(yīng)位置像素點(diǎn)對應(yīng)的對流換熱系數(shù)。
9、可選的，實驗參數(shù)包括：測試物體的密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、熱色液晶顯色時間、熱色液晶標(biāo)定的顯色溫度，流體的加熱溫度、測試物體表面的初始溫度。
10、可選的，獲取拍攝區(qū)域中每個像素對應(yīng)的理想溫度階躍數(shù)量的過程包括：
11、獲取拍攝區(qū)域中每個像素對應(yīng)的熱色液晶顯色時間，基于熱色液晶顯色時間獲取理想溫度階躍數(shù)量。
12、可選的，在所述二維張量中，將拍攝區(qū)域中像素點(diǎn)行數(shù)作為第一維度，將拍攝區(qū)域中像素點(diǎn)列數(shù)作為第二維度。
13、可選的，在所述三維張量中，將拍攝區(qū)域中像素點(diǎn)行數(shù)作為第一維度，將拍攝區(qū)域中像素點(diǎn)列數(shù)作為第二維度，將最大的理想溫度階躍數(shù)量作為第三維度；
14、根據(jù)拍攝區(qū)域中每個像素點(diǎn)的行列位置及理想溫度階躍數(shù)量對三維張量進(jìn)行填充，在三維張量中，針對拍攝區(qū)域中每個像素點(diǎn)，將第三維度中歷下那個溫度階躍數(shù)量對應(yīng)的元素均填充為理想溫度階躍，將最大的理想溫度階躍數(shù)量與理想溫度階躍數(shù)量之間對應(yīng)的元素均填充為0。
15、可選的，其中參數(shù)方程為：
16、f(h)＝f1-tlc+t0
17、
18、
19、f(h)表示包含對流換熱系數(shù)的函數(shù)方程，f1表示每個像素點(diǎn)在整個瞬態(tài)換熱實驗中的溫度變化值，tlc是熱色液晶標(biāo)定的顯色溫度，t0是測試表面的初始溫度，i表示理想溫度階躍的次數(shù)，n表示理想溫度階躍總數(shù)量，δtg(i,i-1)表示第i-1次溫度階躍后到第i次溫度階躍后之間的理想溫度階躍幅值，在三維張量中，對應(yīng)于第三維度每層的元素數(shù)值。f2表示理想溫度階躍的無量綱形式，h表示對流換熱系數(shù)，對應(yīng)于二維張量中的元素，α表示熱擴(kuò)散系數(shù)，t表示液晶顯色時間，τi表示第i次階躍后的顯色時間，k表示導(dǎo)熱系數(shù)，exp()表示以自然常數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)，erfc()表示余誤差函數(shù)。
20、可選的，所述參數(shù)方程的構(gòu)建過程包括：
21、基于半無限大物體假設(shè)的前提，通過傅里葉方程對瞬態(tài)換熱實驗中實驗參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行方程構(gòu)建，生成關(guān)系式方程；
22、采用duhamel疊加定理，使用理想溫度階躍來模擬流體的實際溫升過程，以對關(guān)系式方程進(jìn)行離散化，生成理想溫度階躍表示的關(guān)系式方程，
23、基于理想溫度階躍表示的關(guān)系式方程進(jìn)行形式變換及拆分整合，生成參數(shù)方程。
24、可選的，所述瞬態(tài)換熱實驗針對的測試物體為渦輪葉片。
25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：
26、本專利技術(shù)提出的一種基于三維張量運(yùn)算的瞬態(tài)換熱實驗快速后處理方法，通過建立一個包含小幅值理想溫度階躍的三維張量，實現(xiàn)了所有像素點(diǎn)的對流換熱系數(shù)的同步數(shù)值求解，避免了逐行逐列遍歷求解的低效率方式，有效提升了對流換熱系數(shù)獲取效率，解決了現(xiàn)有瞬態(tài)實驗后處理效率低的難題。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于三維張量運(yùn)算的瞬態(tài)換熱實驗快速后處理方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于三維張量運(yùn)算的瞬態(tài)換熱實驗快速后處理方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：由儒全，李海旺，劉潤洲，陳文彬，王欽欽，
申請(專利權(quán))人：天目山實驗室，
類型：發(fā)明
國別省市：
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