[发明专利]一种利用热电偶测量校正的气体温度场重建方法

说明书

一种利用热电偶测量校正的气体温度场重建方法，先建立气体温度场的Inventor三维模型和ANSYS温度场模型；再建立气体温度场的控制参数和ANSYS温度场模型的边界条件的映射关系，以最大程度体现模糊边界条件对温度场重建结果的影响为原则，对精确边界条件进行实验设计并获得实验数据；再给定ANSYS温度场模型边界条件，运行模型并获得温度场重建结果；运行模型质量评估算法对测量曲线和仿真曲线的拟合程度进行计算，获得算法拟合参数；选择算法拟合参数构成梯度下降算法的损失函数，确定学习率、终止条件、初始迭代参数，运行梯度下降算法直到算法收敛，最后取最终迭代参数作为ANSYS温度场模型模糊边界条件的校正结果；本发明提高温度场重建结果的时空分辨率。

技术领域

本发明涉及温度测量与流体仿真技术领域，具体涉及一种利用热电偶测量校正的气体温度场重建方法。

背景技术

随着现代工业热能利用规模的不断扩大与节能降耗的深入发展，传统的单点或局部温度测量方法已经无法满足热能应用领域在流程设计、状态监测和控制优化等方面的需求。气体温度场作为热能产生和传递的主要途径，是温度测量、建模分析和调节控制等研究中的重点对象。

气体具有小比热容和强流动性的特点，在作为燃料或传热介质的情况下，气体分子热运动愈发剧烈，产生动态变化的非稳态温度场，呈现出温度变化速度快、空间温度梯度大、易受外界干扰的特点。通过对温度测量数据进行插值获取气体温度分布的技术，不仅在时间尺度上难以准确描述温度变化历程，同时在空间尺度上也无法精确体现温度梯度的变化规律。此外，气体易受外界干扰的特点对温度传感器的布置方式提出了苛刻的要求，提高了温度分布获取的成本和难度。因此，面对动态快变的气体温度场，需要研究新型的温度场重建方法，在时间和空间尺度上准确描述和预测气体温度场的分布及变化情况。

数值模拟能够以良好的时空分辨率获得全面的气体温度分布信息，是一种通过建立不同研究对象的三维非稳态数学模型，结合初始条件、边界条件、物性参数等信息，应用数值方法求解计算域内全场温度分布的技术。一方面，数值模型需要高准确性的边界条件，而对于实际气体温度场问题而言，难以提供准确的边界条件，这也导致数值模型的模拟结果误差较大。另一方面，数值模型的模拟结果缺乏有效的评价手段。根据求解精度的需要，数值模型的网格划分理论上可以无限小，保证了模拟结果的时间分辨率和空间分辨率，而在实验条件下难以获得高时空分辨率的温度测量数据，因此模拟结果与实验结果无法进行对比，导致数值模型与实际对象拟合质量的评价较为主观，无法确定数值模型的优化方向。通过引入高质量的热电偶温度测量信息，并建立有效的模型质量评估指标，能够大幅度提高数值模拟重建温度场的精度，但是目前此类技术尚未在温度场重建技术中得到应用。

发明内容

为了克服上述现有技术缺点，本发明目的在于提供一种利用热电偶测量校正的气体温度场重建方法，在保证温度场重建精度和可靠性的前提下，提高温度场重建结果的时空分辨率。

为实现上述目的，本发明采取的技术解决方案是：

一种利用热电偶测量校正的气体温度场重建方法，包括以下步骤：

步骤D1：根据气体温度场的具体结构，建立Inventor三维模型；在Inventor三维模型的基础上，结合气体温度场的控制参数，建立ANSYS温度场模型；其中，Inventor三维模型包含气体温度场的入口、内部结构特征、出口三个组成部分，ANSYS温度场模型包含Geometry、Fluent、Transient Thermal、System Coupling、Results五个模块；

步骤D2：分析步骤D1的建模过程，建立气体温度场控制参数和ANSYS温度场模型边界条件之间的映射关系；根据控制参数是否能够准确测量或计算，将ANSYS温度场模型的边界条件分为精确边界条件p和模糊边界条件q两类；其中，映射关系包括一对一、一对多、多对一共三种类型，模糊边界条件q是温度场重建误差的来源；