详情

原文传递一种微尺度下局部对流换热系数的测量方法及装置

专利名称：	一种微尺度下局部对流换热系数的测量方法及装置
摘要：	本发明提供了一种微尺度下局部对流换热系数的测量方法及装置，通过DC直流电源向导电细丝通以直流电流，以电加热的形式在导电细丝上建立稳定的温度梯度，并使用红外成像仪获得导电细丝的温度分布图，基于所提取温度分布图中不同位置处的温度数值，再根据微尺度下局部对流换热系数的相关公式可获取导电细丝上不同点处的局部对流换热系数。实现了对局部对流换热系数的测量以及提高测量的精度和准确性、设备简单，测量精度高，而且可靠性好，测量使用范围广，实现获取微尺度下局部对流换热系数的有效测量的技术效果。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉大学
发明人：	岳亚楠;高建树;陈玉;谢诞梅;熊扬恒
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201910041544.5
公开号：	CN109709140A
代理机构：	武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	罗飞
分类号：	G01N25/20(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学
主权项：	1.一种微尺度下局部对流换热系数的测量方法，其特征在于，包括：步骤S1：采用导电粘结剂将微尺度导电细丝两端粘接于金属热沉上，所述微尺度导电丝的直径为10微米到100微米；步骤S2：采用DC直流电源向微尺度导电细丝通以恒定电流，并记录此时所施加电流值的大小；步骤S3：当电加热达到稳态后，通过红外成像仪拍摄获得微尺度导电细丝的红外热像图；步骤S4：通过数据收集计算机对红外成像仪主机拍摄的红外热像图进行处理，获得温度分布图，并根据温度分布图中像素点所对应的几何尺寸的大小将导电细丝划分为预设数量的微元区域，并提取不同微元区域的温度值，其中，所划分的微元区域的数量与温度分布图中像素点的数量相同；步骤S5：根据不同微元区域的温度值，计算不同微元区域对应的电阻值，并根据不同微元区域对应的电阻值，计算不同微元区域对应的电加热功率；步骤S6：根据微尺度导电细丝的直径、不同微元区域的温度值、微元区域的几何长度、微元区域的电加热功率以及环境温度，获得局部对流换热系数。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3之前，所述方法还包括：通过测量微尺度导电细丝的电压值，判断电加热是否达到稳态。 3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S4中通过数据收集计算机对红外成像仪主机拍摄的红外热像图进行处理，获得温度分布图，具体包括：通过数据收集计算机中预设的红外热像图处理软件，获得温度分布图。 4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤5具体包括：根据不同微元区域的温度与电阻率的对应关系，计算获得微尺度导电细丝的电阻值；根据电阻值和加热电流值，计算不同微元区域对应的电加热功率。 5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据不同微元区域的温度值，计算与微元区域对应的电阻值，具体包括：根据不同微元区域的温度和微尺度导电细丝的材料，获得对应温度下的电阻率；根据电阻率、微尺度导电细丝横截面的面积和微尺度导电细丝的直径，获得与微元区域对应的电阻值。 6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，不同微元区域的温度值包括待计算微元区域的温度值tm、待计算微元区域的前一个微元区域的温度值tm-1以及待计算微元区域的后一个微元区域的温度值tm+1，步骤S6中局部对流换热系数的计算公式具体为：其中，hm为局部对流换热系数，d为微尺度导电细丝的直径，λ为微尺度导电细丝的导热系数，Q为微元区域的电加热功率，Δx为微元区域的大小，tf为环境温度，ε为微尺度导电细丝的发射率，σ为斯特藩-玻尔兹曼常量。 7.一种应用于权利要求1所述方法的测量装置，其特征在于，该装置包括：支撑架，红外成像仪，包括光学镜头与红外成像仪主机，安装于所述支撑架的中部，三维移动平台，安装于所述支撑架的底部；金属热沉，置于三维移动平台上，金属热沉的两端连接DC直流电源；微尺度导电细丝，置于三维移动平台上，两端通过导电粘结剂连接于金属热沉上，其中，通过三维移动平台可调控微尺度导电细丝与红外成像仪镜头的距离以及微尺度导电细丝在水平方向上的相对位置，且微尺度导电细丝与光学镜头之间的距离为预设距离。 8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，包括：微尺度导电细丝与光学镜头之间的预设距离不超过7cm。 9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，三维可移动平台在水平方向与垂直方向上的调节精度均为10微米。 10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，微尺度导电细丝长度为1cm。
所属类别：	发明专利