(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111485183.7 (22)申请日 2021.12.07 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 丁铭　吉洁　颜冰　王波涛　 魏依澜　肖柏成　 (74)专利代理 机构 北京海虹嘉诚知识产权代理 有限公司 1 1129 代理人 吴小灿 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G01K 7/02(2021.01) G01K 15/00(2006.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种含气膜冷却的固体表面测温误差仿真 分析方法 (57)摘要 一种含气膜冷却的固体表面测温误差仿真 分析方法， 基于Co msol Multiphysics仿真软件， 通过建立三维空间维度， 并选择共轭传热层流接 口， 建立含气膜冷却的固体表面测温几何模型， 分别对待测固体、 气膜、 燃气 的材料属性进行设 置， 分别设置传热接口、 层流接口以及多物理场 接口， 对几何模型进行网格划分， 配置求解器并 进行求解计算， 生成模型温度分布图等， 能够模 拟不同气膜厚度、 冷却气体温度、 燃气温度、 待测 固体厚度以及不同位置、 铺设方式、 热电偶固定 方式下温度的特征分布， 有利于实现对含气膜冷 却的固体表 面测温误差的仿真分析， 特别适用于 高温环境下热电偶表面测温的速度及导热误差 分析。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 114169167 A 2022.03.11 CN 114169167 A 1.一种含气膜冷却的固体表面测温误差 仿真分析方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1， 建立 三维空间维度， 选择共 轭传热中的层流接口， 并选择 添加研究； 步骤2， 建立含气膜冷却的固体表面测温误差几何模型； 步骤3， 分别对待测固体层、 气膜层、 热电偶等的材 料属性进行设置； 步骤4， 分别设置传热接口、 层流接口以及多物理场接口； 步骤5， 对 几何模型进行网格划分， 直至进一步细化网格或时间步长不会实质性地改变 仿真输出； 步骤6， 配置求 解器并进行求 解计算， 生成模型温度分布图； 步骤7， 改变以下参数中的一项或多项以得到相关仿真结果并对仿真结果后处理， 所述 参数包括： 气膜温度， 气膜层厚度， 待测固体层厚度， 燃气温度， 与热电偶相关的不同位置或 铺设方式或固定方式； 步骤8， 进行表面测温误差 仿真分析。 2.根据权利要求1所述的含气膜冷却的固体表面测温误差仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤4中包括： 确定均来自材料性能的传热接口导热系数、 恒压热容和密度等参数， 添 加并设置流入属性的边界及上游温度， 添加流出属性， 添加热通量属性并选择相应边界、 设 置相关参数； 确定均来自材料性能的层流接口动力黏度等参数， 添加并设置入口、 出口属性 的边界及边界条件； 多物理场耦合接口中， 流体流动设置为层流， 传热设置为固体和流体传 热。 3.根据权利要求1所述的含气膜冷却的固体表面测温误差仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤2中几何模 型包括气膜层 模型、 待测固体层 模型以及热电偶模型， 所述待测固体层 为平行直板状或弧状， 所述热电偶模型置于气膜层与待测固体层交界处， 必要时对待测固 体进行刻槽建模或建立胶固定模型对热电偶进行固定， 所述热电偶模型由前端部半球形及 后部两根圆柱状热电偶丝组成， 热电偶 温度测点位于前端部半球最大截面中心， 待测固体 表面待测点 位于与热电偶半球前端部垂直齐平的待测固体表面。 4.根据权利要求1所述的含气膜冷却的固体表面测温误差仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤3中的待测固体层 采用镍基合金或其他材料， 所述气膜层为空气、 氮气、 水蒸汽和/ 或二氧化碳， 所述热电偶采用铂铑合金或其他材料， 材料属性参数来源于Comsol   Multiphysics多物理场仿真软件自带 材料库， 或者 来源于实验数据和/或相关文献资料。 5.根据权利要求1所述的含气膜冷却的固体表面测温误差仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤7中的对仿真结果后处 理包括以下一项或多 项： (1)添加点探针监测热电偶测点温度、 域 点探针监测待测固体表面待测点温度； (2)选取结果菜单栏数据集中的参数化表面， 输出热电偶半球前端一定范围温度分布 图， 取平均后与热电偶测点温度进行比较； (3)选取结果菜单栏数据集中的参数化表面， 输出热电偶半球前端一定范围数据集， 选 择二维绘图组， 添加温度或速度表面、 添加流线， 观察表面 流线分布； (4)在结果菜单栏温度中节点添加流线， 并为流线添加速度 大小的颜色表达 式， 观察热 电偶附近流线分布与温度分布的关系； (5)选取结果菜单栏数据集中的表面， 输出待测固体上下表面、 热电偶表面等所关心的 表面的温度或等 值线分布， 观察热电偶的铺设对待测固体表面温度分布的影响；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114169167 A 2(6)选取结果菜单栏数据集中的三维截线或三维边， 输入三维截线坐标或在几何中选 择相应三维边， 输出沿热电偶丝的温度分布， 选择一维绘图组， 添加线图， 观察热电偶丝沿 铺设方向的温度分布曲线。 6.根据权利要求1所述的含气膜冷却的固体表面测温误差仿真分析方法， 其特征在于， 包括含气膜冷却的固体表面测温误差实验分析方法以对所述含气膜冷却的固体表面测温 误差仿真分析方法进行验证， 使用高温旋转部件表面测温模拟试验装置进行测量， 包括如 下步骤： 步骤S1， 对所述模拟试验 装置相关部件带来的测温误差进行 校准并修 正； 步骤S2， 测试静止待测固体待测点温度T0， 重复多次取平均 作为最终静止温度； 步骤S3， 测试转动待测固体待测点温度Td， 其他条件保持不变， 测试不同转速N下待测固体待测点温度， 同一转速下重复多次取平 均作为最终该转速下的转动温度； 测试多个转速下的转动温度； 步骤S4， 测试静止含气膜待测固体待测点温度Tb； 步骤S5， 使装置转动， 与S3取相同转速N， 待测固体转动状态下重 复S4步骤， 得到转动含 气膜待测固体待测点温度Tdb； 步骤S6， 热电偶表面测温误差分析。 7.根据权利要求6所述的含气膜冷却的固体表面测温误差仿真分析方法， 其特征在于， 步骤S4包括如下步骤： 步骤S4.1， 其他条件保持不变， 控制通入冷却气体流量改变气膜厚度， 测试静止含气膜 的待测固体待测点温度， 同一气膜厚度下重复多次取平均； 测试多种不同气膜厚度下的Tb； 步骤S4.2， 其他条件保持不变， 测试不同冷却气体温度下静止含气膜的待测固体待测 点温度， 同一冷却气体温度下重复多次取平均； 测试多个不同冷却气体温度下的Tb； 步骤S4.3， 其他条件保持不变， 测试不同待测固体厚度下静止含气膜的待测固体待测 点温度， 同一厚度下重复多次取平均； 测试多种待测固体厚度下的Tb； 步骤S4.4， 其他条件保持不变， 测试不同燃气温度下静止含气膜待测固体待测点温度， 同一温度下重复多次取平均； 测试多个燃气温度下的Tb； 步骤S4.5， 其他条件保持不变， 测试不同铺设方式下静止含气膜待测固体待测点温度， 同一铺设方式下重复多次取平均； 测试铺设于气膜流入侧 和气膜流出侧的静止含气膜待测固体温度Tb； 步骤S4.6， 其他条件保持不变， 测试热电偶不同固定方式下静止含气膜待测固体待测 点温度， 同一固定方式下重复多次取平均。 8.根据权利要求7所述的含气膜冷却的固体表面测温误差仿真分析方法， 其特征在于， 步骤S4.6包括如下步骤： 步骤S4.6.1， 测试刻槽固定和高温胶固定的静止含气膜待测固体温度Tb；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114169167 A 3