基于分散模糊推理机制的固液相变材料表面热流测量方法及系统技术方案

一种基于分散模糊推理机制的固液相变材料表面热流测量方法及系统，该方法包括：步骤S1：建立固液相变材料内部辐射导热耦合换热模型，给定材料表面热流分布的初始猜测值；步骤S2：选择M个温度测点，记录温度信息；步骤S3：计算M个测点位置随时间变化的温度；步骤S4：根据M个测点温度的测量值和计算值，建立表面热流测量的输入信号；步骤S5：构建固液相变材料表面热流测量的模糊推理单元，获得推理结果；步骤S6：基于模糊推理单元和综合加权系数构建分散模糊推理模块；步骤S7：根据分散模糊推理模块的输出结果更新热流分布，检验迭代。该系统用来执行上述方法。本发明专利技术具有原理简单、易实现、操作简便、测量精度高等优点。操作简便、测量精度高等优点。操作简便、测量精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于分散模糊推理机制的固液相变材料表面热流测量方法及系统


[0001]本专利技术主要涉及到材料特性测量
，特指一种基于分散模糊推理机制的固液相变材料表面热流测量方法及系统。

技术介绍

[0002]作为储能材料，固液相变材料具有很高的潜热，可以吸收大量热量而保持温度不变，因而可以用于太阳能储能、建筑节能等工程领域，用以解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾。
[0003]固液相变材料表面的入射热流是储能和节能应用的关键参数，其准确测量对于系统的优化设计和调控至关重要。然而，实际入射到固液相变材料表面的热流密度难以直接测量。
[0004]有从业者提出了中国专利申请“测试相变材料导热系数的方法，CN201910622016.9”，该方案提供了一种测试相变材料导热系数的方法，该方法包括将将相变材料试样放置于热板和冷板之间；将冷板的温度调节至第一预设温度，热板的温度调节至起始温度；针对所述热板，在达到稳定状态后，多次采集该热板的温度和表面热流，对所述温度和所述热流取平均值，得到温度平均值和热流平均值；调节所述热板的温度从所述起始温度至终止温度，每隔第二预设温度获取一次所述温度平均值和所述热流平均值；根据多个所述温度平均值和多个所述热流平均值，最终得到所述相变材料的导热系数。
[0005]另有从业者提出了中国专利申请“一种相变材料热物性测量方法，CN201810573440.4”，该方案提供了一种相变材料热物性测量方法，建立相变材料一维恒热流熔化过程理论分析模型，获取相变材料样品在恒定热流加热条件下的升温和熔化过程中的温度响应曲线，并利用理论分析模型计算得到相变材料的热物性质，
[0006]还有从业者在论文《相变材料及梯级系统传热储热特性的理论与实验研究》中提出采用数值模拟于实验研究的方法对高效相变储热技术进行了研究与探讨，基于相场法建立了可考虑过冷(或过热)效应的固液相变数学模型，探讨了动力学系数与过冷效应之间的关系。基于相场法模型和多孔介质的流动与传热理论,进一步建立了表征体元尺度下开孔金属泡沫内固液相变的数学模型，研究了瑞利数、金属泡沫形貌参数对相变材料熔化和凝固过程的影响,得到了熔化与凝固过程中相场、流场和温度场的演变规律。
[0007]但是上述所有的传统测量技术均存在误差大、使用不便等问题。
[0008]因此，发展准确、高效、便捷的固液相变材料表面热流测量方法，对于提高新能源利用、降低二氧化碳排放具有重要意义。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种原理简单、易实现、操作简便、测量精度高的基于分散模糊推理机制的固液相变材料表面
热流测量方法。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]一种基于分散模糊推理机制的固液相变材料表面热流测量方法，其包括：
[0012]步骤S1：建立固液相变材料内部辐射导热耦合换热模型，给定材料表面热流分布的初始猜测值；
[0013]步骤S2：在固液相变材料表面选择M个温度测点，利用红外热像仪记录这M个测点在N个测量时刻的温度信息M、N为自然数；
[0014]步骤S3：基于固液相变材料内部辐射导热耦合换热模型，计算M个测点位置随时间变化的温度
[0015]步骤S4：根据M个测点温度的测量值和计算值建立固液相变材料表面热流测量的输入信号e
m,n
(m＝1,2,
…
,M；n＝1,2,
…
,N)；
[0016]步骤S5：构建固液相变材料表面热流测量的模糊推理单元FIU，获得输入信号e
m,n
(m＝1,2,
…
,M；n＝1,2,
…
,N)作用下的推理结果：
[0017]d
m,n
(m＝1,2,
…
,M；n＝1,2,
…
,N)；
[0018]步骤S6：建立不同时刻、不同位置温度测量信息的综合加权机制，基于模糊推理单元和综合加权系数构建分散模糊推理模块；
[0019]步骤S7：根据分散模糊推理模块的输出结果更新热流分布检验迭代停止条件是否已经达到，如果满足停止条件，输出当前结果，否则，返回步骤S3对热流分布继续迭代更新。
[0020]作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S1中所述固液相变材料内部辐射导热耦合换热模型，包括材料内部的导热和辐射换热两种传热形式，用能量方程描述该传热过程：
[0021][0022]其中，ρ、c和λ分别表示密度、比热容和导热系数，T和t分别表示温度和时间，和f
l
分别表示相变潜热和液相率，表示辐射换热热流密度的散度，根据下式获得：
[0023][0024]其中，Ω表示光传输方向，r表示空间位置，κ表示吸收系数，I表示辐射强度，通过求解下述辐射传递方程获得：
[0025][0026]其中，Ω
′
表示外部入射光方向，β和σ
s
分别表示衰减系数和散射系数，Φ表示散射相函数。
[0027]作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S1中所述表面热流分布的初始猜测值，包括NI个待测量点和NJ个待测量时刻热流值，初始值可设定为均匀分布的热流，即
i＝1,2,
…
,NI；j＝1,2,
…
,NJ。
[0028]作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S2中，在材料表面均匀选取与热流测量数量一致的M个温度测定。
[0029]作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S3中，计算M个测点的温度是指通过数值求解辐射导热耦合换热问题获得。
[0030]作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S4中所述的固液相变材料表面热流测量的输入信号e
m,n
建立如下：
[0031]m＝1,2,
…
,M；n＝1,2,
…
,N。
[0032]作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S5中所述模糊推理单元是将根据输入信号e
m,n
产生表面热流重建的广义补偿量d
m,n
；
[0033]输入信号的模糊子集A
l
和输出信号的模糊子集B
l
分别为：
[0034]A
l
＝{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB}
[0035]B
l
＝{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB}
[0036]其中，作为优选方案，可以根据实际需要定义NB、NM、NS、ZE、PS、PM和PB分别为“负大”、“负中”、“负小”、“零”、“正小”、“正中”和“正大”。
[0037]作为本专利技术方法的进一步改进：所述模糊子集A
l
的论域为[
‑
r
i
,r
i
]，模糊子集B<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分散模糊推理机制的固液相变材料表面热流测量方法，其特征在于，包括：步骤S1：建立固液相变材料内部辐射导热耦合换热模型，给定材料表面热流分布的初始猜测值；步骤S2：在固液相变材料表面选择M个温度测点，利用红外热像仪记录这M个测点在N个测量时刻的温度信息M、N为自然数；步骤S3：基于固液相变材料内部辐射导热耦合换热模型，计算M个测点位置随时间变化的温度步骤S4：根据M个测点温度的测量值和计算值建立固液相变材料表面热流测量的输入信号e
m,n
(m＝1,2,
…
,M；n＝1,2,
…
,N)；步骤S5：构建固液相变材料表面热流测量的模糊推理单元FIU，获得输入信号e
m,n
(m＝1,2,
…
,M；n＝1,2,
…
,N)作用下的推理结果：d
m,n
(m＝1,2,
…
,M；n＝1,2,
…
,N)；步骤S6：建立不同时刻、不同位置温度测量信息的综合加权机制，基于模糊推理单元和综合加权系数构建分散模糊推理模块；步骤S7：根据分散模糊推理模块的输出结果更新热流分布检验迭代停止条件是否已经达到，如果满足停止条件，输出当前结果，否则，返回步骤S3对热流分布继续迭代更新。2.根据权利要求1所述的基于分散模糊推理机制的固液相变材料表面热流测量方法，其特征在于，所述步骤S1中所述固液相变材料内部辐射导热耦合换热模型，包括材料内部的导热和辐射换热两种传热形式，用能量方程描述该传热过程：其中，ρ、c和λ分别表示密度、比热容和导热系数，T和t分别表示温度和时间，和f
l
分别表示相变潜热和液相率，表示辐射换热热流密度的散度，根据下式获得：其中，Ω表示光传输方向，r表示空间位置，κ表示吸收系数，I表示辐射强度，通过求解下述辐射传递方程获得：其中，Ω
′
表示外部入射光方向，β和σ
s
分别表示衰减系数和散射系数，Φ表示散射相函数。3.根据权利要求1所述的基于分散模糊推理机制的固液相变材料表面热流测量方法，其特征在于，所述步骤S1中所述表面热流分布的初始猜测值，包括NI个待测量点和NJ个待测量时刻热流值，初始值可设定为均匀分布的热流，即
4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的基于分散模糊推理机制的固液相变材料表面热流测量方法，其特征在于，所述步骤S2中，在材料表面均匀选取与热流测量数量一致的M个温度测定。5.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的基于分散模糊推理机制的固液相变材料表面热流测量方法，其特征在于，所述步骤S3中，计算M个测点的温度是指通过数值求解辐射导热耦合换热问题获得。6.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的基于分散模糊推理机制的固液相变材料表面热流测量方法，其特征在于，所述步骤S4中所述的固液相变材料表面热流测量的输入信号e
m,n
建立如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙双成，李林，黄志华，任魁山，李小满，肖黎亚，陈杨凡，
申请(专利权)人：株洲国创轨道科技有限公司，
类型：发明
国别省市：