CN110161077A - 一种检测流道表面对流换热系数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种检测流道表面对流换热系数的方法，利用已知热流密度的薄膜电阻，来检测流道表面的对流换热系数，其包括：建立三维坐标系，将已知的薄膜电阻贴在流道表面，并测得其温度分布T’(x,y,z＝l)，并通过m和n不同的取值建立不同的对流换热系数值，然而根据上述不同的对流换热系数值分别求解温度分布得到不同的T(x,y,z＝l)，将求得的T(x,y,z＝l)与检测的T’(x,y,z＝l)做差、平方后，得出所有数据中的最小值，此时所对应的对流换热系数值为流道表面对流换热系数h(x，y)；本发明的优势在于：通过实验和数值计算相结合，达到较高的检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及流道对流换热系数测量技术领域，特别涉及一种检测流道表面对流换热系数的方法。
背景技术
现有的各种仪器中，尤其是高功率大型设备中，仪器中器件的散热能力往往直接影响到仪器的工作性能(例如：生活中常见的笔记本、手机，或者是工业用的各种检测仪器)。
目前，散热方式通常可以分为两种：一，热传导散热；二，对流冷却散热。
在对流冷却散热中，对流换热系数(即：流体与固体表面之间的换热能力)直接决定了散热器的散热能力；例如：直接液体冷却固体激光器，它是将固体激光增益介质直接浸没在冷却液中，增益介质两两组成冷却流道，冷却液流经流道实现对增益介质表面的散热，该类激光器的换热方式就是典型的对流冷却散热，而对流换热系数决定了该类激光器的换热能力，从而影响了激光器的性能(包括激光器的输出功率和光束质量)，由此可见，对流道的对流换热系数的测量至关重要。
传统获取对流换热系数的方法主要有通过实验测量和通过建模仿真这样两种方式，在实验测量中可以通过测量热源表面的平均温度，由平均温度通过求解热传导方程获得流道表面温度，再由流体力学中的牛顿公式最终获得流道表面的对流换热系数，该方法获得的对流换热系数为流道表面对流换热系数的平均值，而表面对流换热系数的分布却无法获得(例如：本申请人在申请日为2017-12-13、申请公布号为CN108226219A、发明名称为一种薄膜电阻产热均匀性的检测方法中记载了如何检测薄膜电阻的对流密度，但是，其并未记载如何检测流道表面的对流换热系数)，但是，实际流道的对流换热系数和流道厚度，流道出入口位置等都有关系，流道不同位置处的对流换热系数是不同的，故有必要获得的是流道表面对流换热系数的分布，而不仅仅是平均值；其次，采用建模仿真的方法虽然可以获得流道表面对流换热系数的分布，从而反映流道不同位置处的换热能力，但是建立的模型与实际流道装置必然存在差距，很多时候并不能很好的反映流道对流换热系数的实际值。
因此，亟需提供一种检测流道表面对流换热系数的方法来获取流道表面对流换热系数的分布。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种检测流道表面对流换热系数的方法，旨在解决上述背景技术中出现的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种检测流道表面对流换热系数的方法，包括建立三维坐标系以及产热量分布已知的薄膜电阻，设定所述薄膜电阻的热流密度为q(x，y)，其特征在于：所述检测方法还包括：设定待测对流换热系数为h(x，y)；
将所述薄膜电阻贴至待测流道窗口并测得所述薄膜电阻表面稳态的温度分布T’(x,y,z＝l)，其中，求解一维热传导方程为：
(0≤z≤l,x,y看成常数)
得：
然后令：
其中
m和n为常数，x和y视为变量，b和d分别为介质在x方向上和y方向上的宽度，l为介质的厚度，T(x,y,z＝l)为求解上述一维传导方程在z＝l的温度分布，通过对m和n取不同数值得到对应的Pn(x)*Pm(y)带入上述方程中得到对应的h(x，y)，将求得的h(x，y)逐个带入如下三维热传导方程中：
求得多个T(x,y,z＝l)，同时，将不同的T(x,y,z＝l)与实际的测得T’(x,y,z＝l)代入以下公式：
△＝|T’(x,y,z＝l)-T(x,y,z＝l)|2，得出最小△。
优选为：所述m，n依次取G组值。
优选为：所述λ为介质的热导率。
优选为：所述薄膜电阻表面稳态温度的测量装置为热像仪。
优选为：假设求得的对流换热系数h(x，y)所对应的温度分布为Tr(x,y,z＝l)，令|Tr(x,y,z＝l)-T’(x,y,z＝l)|＝g，若满足g≤β℃，则完成对流换热系数h(x，y)的复核；若不满足g≤β℃，则扩大G的取值范围，继续计算。
通过采用上述技术方案：假设待测流道表面的对流换热系数为h(x，y)，将已知热流密度为q(x，y)的薄膜电阻贴在待测介质表面，测出其温度分布为T’(x,y,z＝l)，通过一维传导方程构建并得出多个不同的对流换热系数h(x，y)，并将其“即：h(x，y)”一一通过三维热传导方程得到不同数值“即：T(x,y,z＝l)”，多个数值中的最小△即为所求对流换热系数h(x，y)；其次，在测出对流换热系数h(x，y)后，对其“即：求得的h(x，y)”进行检测，即：将最小△对应的Tr(x,y,z＝l)与实际测得的T’(x,y,z＝l)做差(差值即为：g)，若g小于β℃，则对流换热系数正确；若该g大于β℃，则对m和n继续取值(此时，m和n的取值范围大于原先的取值范围)，并进行计算，直至满足g≤β℃，从而确保检测的对流换热系数h(x，y)的准确性。
需要说明的是：
1.“最小△即是：对应的△＝|T’(x,y,z＝l)-T(x,y,z＝l)|2”
2.一维热传导方程中的x，y可以看成常数，即：(0≤z≤l,x,y看成常数)
而
上述方程中的x，y为变量，且通过人为取值；
综上所述：本申请能够精确的获得流道表面的对流换热系数，从而获得流道表面对流换热系数的分布，进而反映流道不同位置处的换热能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明建立的三维坐标系示意图。
其中，1、薄膜电阻；2、待测流道窗口(介质)
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本发明公开了一种检测流道表面对流换热系数的方法，包括建立三维坐标系以及产热量分布已知的薄膜电阻，设定所述薄膜电阻的热流密度为q(x，y)，在本发明具体实施例中，所述检测方法还包括：设定待测对流换热系数为h(x，y)；
将所述薄膜电阻贴至待测流道窗口并测得所述薄膜电阻表面稳态的温度分布T’(x,y,z＝l)，其中，求解一维热传导方程为：
(0≤z≤l,x,y看成常数)
得：
然后令：
其中
m和n为常数，x和y视为变量，b和d分别为介质(即：待测流道)在x方向上和y方向上的宽度，l为介质的厚度，T(x,y,z＝l)为求解上述一维传导方程在z＝l的温度分布，通过对m和n取不同数值得到对应的Pn(x)*Pm(y)带入上述方程中得到对应的h(x，y)，将求得的h(x，y)逐个带入如下三维热传导方程中：
求得多个T(x,y,z＝l)，同时，将不同的T(x,y,z＝l)与实际的测得T’(x,y,z＝l)代入以下公式：
△＝|T’(x,y,z＝l)-T(x,y,z＝l)|2，得出最小△。
在本发明具体实施例中，所述m，n依次取G组值。
在本发明具体实施例中，所述λ为介质的热导率。
在本发明具体实施例中，所述薄膜电阻表面稳态温度的测量装置为热像仪。
在本发明具体实施例中，假设求得的对流换热系数h(x，y)所对应的温度分布为Tr(x,y,z＝l)，令|Tr(x,y,z＝l)-T’(x,y,z＝l)|＝g，若满足g≤β℃，则完成对流换热系数h(x，y)的复核；若不满足g≤β℃，则扩大G的取值范围，继续计算。
在本发明具体实施例中，所述G可以是10组值。
在本发明具体实施例中，所述β可以是2℃。
通过采用上述技术方案：假设待测流道表面的对流换热系数为h(x，y)，将已知热流密度为q(x，y)的薄膜电阻贴在待测介质表面，测出其温度分布为T’(x,y,z＝l)，通过一维传导方程构建并得出多个不同的对流换热系数h(x，y)，并将其“即：h(x，y)”一一通过三维热传导方程得到不同数值“即：T(x,y,z＝l)”，多个数值中的最小△即为所求对流换热系数h(x，y)；其次，在测出对流换热系数h(x，y)后，对其“即：求得的h(x，y)”进行检测，即：将最小△对应的Tr(x,y,z＝l)与实际测得的T’(x,y,z＝l)做差(差值即为：g)，若g小于β℃，则对流换热系数正确；若该g大于β℃，则对m和n继续取值(此时，m和n的取值范围大于原先的取值范围)，并进行计算，直至满足g≤β℃，从而确保检测的对流换热系数h(x，y)的准确性；
更详细的说，其检测原理为：m，n依次取10组值分别是：(n,m从0开始一直到10，即：n＝0，m＝0；n＝0，m＝1；n＝0，m＝2；n＝0，m＝3；……n＝10，m＝8；n＝10，m＝9；n＝10，m＝10，总共121对)，而每一对所对应的Pn(x)*Pm(y)不同，即：P0(x)*P0(y)；P0(x)*P1(y)；P0(x)*P2(y)；P0(x)*P3(y)；……P10(x)*P8(y)；P10(x)*P9(y)；P10(x)*P10(y)，总共121组，从而得到不同的h(x，y)分布，其同样是121个，并将这121个h(x，y)代入三维热传导方程中，解出不同的T(x,y,z＝l)，并与实际测的T’(x,y,z＝l)做差、平方后得到多个△，最小的△即为要求的对流换热系数h(x，y)；
最后，将求得的h(x，y)所对应的温度分布Tr(x,y,z＝l)与测得T’(x,y,z＝l)做差取绝对值后得到g，若g满足小于2℃，则完成对h(x，y)的复核，若不满足上述条件(即：g≤2℃)，则扩大G的取值(例如：20组)，并重复上述步骤，直至g≤2℃；
需要说明的是：m，n取值可以更多，而不仅限于10组，当取值更多时，得到的h(x,y)分布也不同，故检测出的对流换热系数h(x，y)也将更精确；其次，薄膜电阻的厚度由于微乎其微，故可以忽略不计。
综上所述：本申请能够精确的获得流道表面的对流换热系数，从而获得流道表面对流换热系数的分布，进而反映流道不同位置处的换热能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种检测流道表面对流换热系数的方法，包括建立三维坐标系以及产热量分布已知的薄膜电阻，设定所述薄膜电阻的热流密度为q(x，y)，其特征在于：所述检测方法还包括：设定待测对流换热系数为h(x，y)；
将所述薄膜电阻贴至待测流道窗口并测得所述薄膜电阻表面稳态的温度分布T’(x,y,z＝l)，其中，求解一维热传导方程为：
(0≤z≤l,x,y看成常数)
得：
然后令：
其中
m和n为常数，x和y视为变量，a和b分别为介质在x方向上和y方向上的宽度，T(x,y,z＝l)为求解上述一维传导方程在z＝l的温度分布，通过对m和n取不同数值得到对应的Pn(x)*Pm(y)带入上述方程中得到对应的h(x，y)，将求得的h(x，y)逐个带入如下三维热传导方程中：
求得多个T(x,y,z＝l)，同时，将不同的T(x,y,z＝l)与实际的测得T’(x,y,z＝l)代入以下公式：
△＝|T’(x,y,z＝l)-T(x,y,z＝l)|2，得出最小△即为h(x，y)。
2.根据权利要求1所述的一种检测流道表面对流换热系数的方法，其特征在于：所述m，n依次取G组值。
3.根据权利要求1或2所述的一种检测流道表面对流换热系数的方法，其特征在于：所述λ为介质的热导率。
4.根据权利要求3所述的一种检测流道表面对流换热系数的方法，其特征在于：所述薄膜电阻表面稳态温度的测量装置为热像仪。
5.根据权利要求4所述的一种检测流道表面对流换热系数的方法，其特征在于：假设求得的对流换热系数h(x，y)所对应的温度分布为Tr(x,y,z＝l)，令|Tr(x,y,z＝l)-T’(x,y,z＝l)|＝g，若满足g≤β℃，则完成对流换热系数h(x，y)的复核；若不满足g≤β℃，则扩大G的取值范围，继续计算。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104752245A (zh) * | 2013-12-26 | 2015-07-01 | 南京理工大学 | 高功率脉冲对场效应管放大器性能影响的数值分析方法 |
| CN107422215A (zh) * | 2017-08-31 | 2017-12-01 | 贵州电网有限责任公司 | 一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量监测方法及系统 |
| CN108007258A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-05-08 | 衢州学院 | 金属聚合物复合式微结构换热器的传热及成型方法 |
| CN108226219A (zh) * | 2017-12-13 | 2018-06-29 | 衢州学院 | 一种薄膜电阻产热均匀性的检测方法 |
| CN109526189A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-03-26 | 西安电子科技大学 | 一种环型微通道换热器及其流体流动换热实验装置 |
| CN109709140A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-03 | 武汉大学 | 一种微尺度下局部对流换热系数的测量方法及装置 |
-
2019
- 2019-06-10 CN CN201910494489.5A patent/CN110161077B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104752245A (zh) * | 2013-12-26 | 2015-07-01 | 南京理工大学 | 高功率脉冲对场效应管放大器性能影响的数值分析方法 |
| CN107422215A (zh) * | 2017-08-31 | 2017-12-01 | 贵州电网有限责任公司 | 一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量监测方法及系统 |
| CN108007258A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-05-08 | 衢州学院 | 金属聚合物复合式微结构换热器的传热及成型方法 |
| CN108226219A (zh) * | 2017-12-13 | 2018-06-29 | 衢州学院 | 一种薄膜电阻产热均匀性的检测方法 |
| CN109526189A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-03-26 | 西安电子科技大学 | 一种环型微通道换热器及其流体流动换热实验装置 |
| CN109709140A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-03 | 武汉大学 | 一种微尺度下局部对流换热系数的测量方法及装置 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| WANG J R，MIN J C，SONG Y Z: "Forced convective cooling of a high-power solid-state laser slab", 《APPLIED THERMAL ENGINEERING》 * |
| ZHIBIN YE ET. AL: "Kilowatt-level direct-‘refractive index matching liquid’-cooled Nd:YLF thin disk laser resonator", 《OPTICS EXPRESS》 * |
| 叶志斌等: "基于液体直接冷却的薄片固体激光器研究", 《光电子·激光》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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