本发明专利技术公开了一种基于管壁温度条件检测瞬态增压供水管道结冰厚度方法，其基于相变传热和能量守恒原理，应用汉克尔变换和拉普拉斯变换方法，建立短暂性、低流量供水时(即：瞬态层流)管道结冰厚度解析模型。以该解析模型为计算依据，以管道壁面温度、管道内水温及其流量作为检测量。解决了有关客机增压供水管道结冰检测难题，提升了检测方法的适用性和便捷性，同时对于制定精准的管道伴热方案、降低客机增压供水系统失效风险具有重要工程价值。机增压供水系统失效风险具有重要工程价值。机增压供水系统失效风险具有重要工程价值。
【技术实现步骤摘要】
一种基于管壁温度条件检测瞬态增压供水管道结冰厚度方法
[0001]本专利技术涉及结冰厚度检测
，具体涉及一种基于管壁温度条件检测瞬态增压供水管道结冰厚度方法。
技术介绍
[0002]客机作为现代出行交通工具，应用范围愈加广泛。当客机滞空时间较长时，为满足乘客和空勤生理需求应设置增压供水系统。然而，当客机高空巡航或停机坪停泊时，周围低温环境易导致增压供水系统管道结冰。特别是当供水流量较低、供水时间较短时，管道内水流动缓慢，结冰甚至管道堵塞风险显著升高。为了防止低温环境下客机增压供水管道结冰，电伴热是目前采用的主要预防或解除措施。但是，由于对管内结冰程度未知，现有伴热方式提供的热量难以与实际需求精确匹配。若加热不足，会造成管道结冰或堵塞，反之则引起能量浪费。因此，准确检测低温环境下客机增压供水管道结冰厚度，对于管道伴热系统的设计与运行具有重要的工程价值。
[0003]目前，民用客机结冰检测主要围绕机翼、发动机短舱、大气数据探测仪等部件展开。所采用的方法主要是在相应位置安装光学式、电学式、机械式等结冰传感器，根据传感器反馈信息实时辨识结冰情况。但是，有关客机增压供水管道的结冰探测方法，却鲜有文献和专利报道。现阶段，更多是以地面供水管道结冰为对象，所包含的方法有数值模拟和解析建模。数值模拟方法虽然能够准确预测不同热边界条件下的结冰厚度，但是数值迭代所需要的时间较长，并不适合工程现场检测，缺乏实施的适用性。解析建模方法是基于相变传热和能量守恒原理，建立无量纲固液界面位置与轴向距离和冻结时间关系，但是关系式涉及变量较多。若应用于实际管道结冰检测，需要安装的仪器设备和测试参数数量也随之增多，故现场使用的便捷性较差。
技术实现思路
[0004]针对上述问题，本专利技术提出一种基于管壁温度条件检测瞬态增压供水管道结冰厚度方法，其通过测试低温环境下管道壁面温度、管道内水温及其流量，即可获得短暂性供水工况管道瞬态结冰厚度。
[0005]为实现上述目的，本申请提出一种基于管壁温度条件检测瞬态增压供水管道结冰厚度方法，包括：
[0006]利用超声波流量计和管道式温度传感器，测试增压供水系统供水时管道内的水温T0和流量Q；根据所述管道内的水温T0，确定水和冰的物性参数，所述物性参数包括水的密度ρ、粘度υ、导热系数λ
L
、热扩散系数α
L
和凝固点T
f
，以及冰的导热系数λ
S
和相变潜热L；并确定管道入口到被测位置处的距离z；
[0007]通过贴片式温度传感器，测试管道壁面温度T
w
，若所述管道壁面温度T
w
≦T
f
，则判定管道内有结冰发生，需进一步检测结冰厚度；
[0008]根据管道流量Q和管道直径D，确定管道内水的平均流速V，其公式为：
[0009][0010]根据所述管道内水的平均流速V、管道直径D、粘度υ，确定雷诺数Re；根据管道内水的粘度υ和热扩散系数α
L
，确定普朗特数Pr；
[0011]根据所述管道内水的温度T0、凝固点T
f
、密度ρ、导热系数λ
L
、热扩散系数α
L
和相变潜热L，确定无量纲液相导热系数Λ
L
；根据管道内水的热扩散系数α
L
、冻结时间t(T
w
＝T
f
对应时刻)、管道直径D，确定无量纲冻结时间τ；
[0012]根据所述管道入口到被测位置处的距离z、管道直径D、雷诺数Re、普朗特数Pr，确定无量纲距离z
*
；
[0013]根据所述管道内水的温度T0、凝固点T
f
和管道壁面温度T
w
，以及水的导热系数λ
L
和冰的导热系数λ
S
，确定无量纲冻结参数B；并得到与无量纲距离z
*
和γ
m
有关的级数A(z
*
)，γ
m
为0阶贝塞尔函数的正根；
[0014]根据所述无量纲液相导热系数Λ
L
、无量纲冻结时间τ、无量纲距离z
*
、无量纲冻结参数B和级数A(z
*
)，确定无量纲冰层厚度e
*
；
[0015]根据所述无量纲冰层厚度e
*
和管道直径D，确定实际冰层厚度e。
[0016]进一步的，确定雷诺数Re公式为：
[0017][0018]进一步的，确定普朗特数Pr公式为：
[0019][0020]进一步的，确定无量纲液相导热系数Λ
L
公式为：
[0021][0022]进一步的，确定无量纲冻结时间τ公式为：
[0023][0024]进一步的，确定无量纲距离z
*
公式为：
[0025][0026]进一步的，确定无量纲冻结参数B公式为：
[0027][0028]进一步的，与无量纲距离z
*
和γ
m
有关的级数A(z
*
)获取公式为：
[0029][0030]进一步的，确定无量纲冰层厚度e
*
公式为：
[0031][0032]进一步的，确定实际冰层厚度e公式为：
[0033][0034]本专利技术采用的以上技术方案，与现有技术相比，具有的优点是：本专利技术只需要通过测试管道壁面温度、管道内水温及其流量，就可以获得增压供水管道结冰厚度。解决了有关客机增压供水管道结冰检测难题，提升了检测方法的适用性和便捷性，同时对于制定精准的管道伴热方案、降低客机增压供水系统失效风险具有重要工程价值。
附图说明
[0035]图1为一种基于管壁温度条件检测瞬态增压供水管道结冰厚度方法流程图；
[0036]图2为增压供水系统结构原理图；
[0037]图中序号说明：1增压供水箱、2水处理器、3空气压缩机、4空气压缩机进气管道、5空气压缩机进气管道消音器、6空气过滤器、7排气阀、8空气压缩机进气管道截止阀、9水处理供水管道、10水处理回水管道、11水处理供水管道截止阀、12增压供水管道、13增压供水管道截止阀、14超声波流量计、15管道式温度传感器、16贴片式温度传感器。
具体实施方式
[0038]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请，即所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0039]因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于管壁温度条件检测瞬态增压供水管道结冰厚度方法，其特征在于，包括：利用超声波流量计和管道式温度传感器，测试增压供水系统低流量供水时管道内的水温T0和流量Q；根据所述管道内的水温T0，确定水和冰的物性参数，所述物性参数包括水的密度ρ、粘度υ、导热系数λ
L
、热扩散系数α
L
和凝固点T
f
，以及冰的导热系数λ
S
和相变潜热L；并确定管道入口到被测位置处的距离z；通过贴片式温度传感器，测试管道壁面温度T
w
，若所述管道壁面温度T
w
≦T
f
，则判定管道内有结冰发生，需进一步检测结冰厚度；根据管道流量Q和管道直径D，确定管道内水的平均流速V，其公式为：根据所述管道内水的平均流速V、管道直径D、粘度υ，确定雷诺数Re；根据管道内水的粘度υ和热扩散系数α
L
，确定普朗特数Pr；根据所述管道内水的温度T0、凝固点T
f
、密度ρ、导热系数λ
L
、热扩散系数α
L
和相变潜热L，确定无量纲液相导热系数Λ
L
；根据管道内水的热扩散系数α
L
、冻结时间、管道直径D，确定无量纲冻结时间τ；根据所述管道入口到被测位置处的距离z、管道直径D、雷诺数Re、普朗特数Pr，确定无量纲距离z
*
；根据所述管道内水的温度T0、凝固点T
f
和管道壁面温度T
w
，以及水的导热系数λ
L
和冰的导热系数λ
S
，确定无量纲冻结参数B；并得到与无量纲距离z
*
和γ
m
有关的级数A(...
【专利技术属性】
技术研发人员：王继红，陈思宇，邢启峰，张腾飞，王树刚，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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