具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

图1是根据本发明实施例提供的一种泵压式液体冷却介质换热系数测量试验系统的示意图。如图1所示，该系统包括：液体冷却介质供给装置100，加热装置200，试验装置300和测量控制装置400。

图2是根据本发明实施例提供的一种泵压式液体冷却介质换热系数测量试验系统的示意图。如图2所示，液体冷却介质供给装置100包括液压隔膜泵3；试验装置300包括测试段管路12；加热装置200包括感应加热电源18和感应线圈19。

具体的，液体冷却介质供给装置100，用于通过液压隔膜泵3向试验装置300提供待测液体冷却介质，并控制待测液体冷却介质的压力值。

加热装置200，用于通过电磁感应加热的方式为测试段管路12加热。

测量控制装置400，用于在待测液体冷却介质流经被加热之后的测试段管路12时，获取目标测量参数；目标测量参数包括待测液体冷却介质流经测试段管路12前后的压力值和温度值。

本发明提供了一种泵压式液体冷却介质换热系数测量试验系统，通过采用感应加热的方式，可以调节加热功率和频率，实现加热深度可控，对不同测量管路尺寸均可实现特定深度加热，同时通过泵压式冷却介质供给装置，可以更好的模拟液体火箭发动机高冷却通道压力情况，从而更加准确测量特定工况下的液体冷却介质的换热系数，缓解了现有技术中存在的无法控制加热深度和能够模拟冷却通道压力值较低的技术问题。

具体的，如图2所示，液体冷却介质供给装置100还包括：液体冷却介质贮箱0，手阀1，过滤器2，变频防爆电机4，换向阀5，溢流阀6和单向阀7；手阀1、过滤器2设置于液体冷却介质贮箱0和液压隔膜泵3之间的管路上，变频防爆电机4与液压隔膜泵3相连接，单向阀7设置于换向阀5与试验装置300之间。

具体的，液体冷却介质贮箱0，用于贮存待测液体冷却介质；其中，待测液体冷却介质包括过氧化氢、煤油、液氧、液甲烷等；

换向阀5，用于控制待测液体冷却介质的流向；

溢流阀6，用于在待测液体冷却介质的压力大于预设压力值时打开，以使待测液体冷却介质回流到液体冷却介质贮箱0。

在本发明实施例中，液体冷却介质贮存在液体冷却介质贮箱0中，经过手阀1和过滤器2，通过液压隔膜泵3加压，达到试验所需压力，由换向阀5控制液体冷却介质流经管路。开始试验时，将待测液体冷却介质泵入试验管路中；停止试验时，将待测液体冷却介质泵回液体冷却介质贮箱0中。溢流阀6的作用是，一旦液体压力升高，高于预设压力值，溢流阀6就会自动打开，将液体排回液体冷却介质贮箱0泄压。

具体的，如图2所示，感应线圈19包覆至测试段管路12的外侧，感应线圈19与感应加热电源18相连接。其中，感应加热电源18，用于为感应线圈19提供中高频交变电流；感应线圈19，用于利用流经线圈的交变电流产生的交变磁场，使工件产生涡流，为测试段管路12加热。

在本发明实施例中，感应加热电源18还用于控制感应加热的工作方式。可选地，感应加热的工作方式有两种，一种是按温度控制加热，指定位置的温度反馈，实时调整加热功率以维持温度恒定；另一种是按功率控制加热，固定加热功率，进行加热。

感应线圈19，还用于为测试段管路进行局部加热。具体的，感应线圈19可以根据选择的电流频率为测试段管路的不同深度位置进行局部加热。

电磁感应加热，或简称感应加热，是加热导体材料比如金属材料的一种方法，利用电磁感应的方法使被加热的材料的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的。根据加热对象不同，可以把线圈制作成不同的形状。线圈和电源相连，电源为线圈提供交变电流，流过线圈的交变电流产生一个通过工件的交变磁场，该磁场使工件产生涡流来加热。当迅速变化的电流流过金属工件时，便产生集肤效应，它使电流集中于工件表层，在金属表层上产生一个选择性很高的热源。因此，可以根据频率选择不同的加热深度，根据线圈耦合设计而得到精确的局部加热。

感应加热频率选择：高频(10KHZ以上)加热的深度为0.5-2.5mm，一般用于中小型零件的加热，如小模数齿轮及中小轴类零件等。中频(1-10KHZ)加热深度为2-10mm，一般用于直径大的轴类和大中模数的齿轮加热。

在本发明实施例中，将感应线圈19包覆至测试段管路12外侧，感应线圈19与感应加热电源18相连，感应加热电源18为感应线圈19提供交变电流，流过感应线圈19的交变电流产生一个通过工件的交变磁场，该磁场使工件产生涡流来加热。采用中高频加热(1-20KHZ)，根据具体测试段管路12尺寸，通过频率控制加热深度，实现整个管壁均匀加热。

具体的，如图2所示，试验装置300还包括：阻尼器8和液路电磁阀11；阻尼器8与单向阀7相连接，液路电磁阀11设置于阻尼器8和测试段管路12之间。

具体的，如图2所示，测量控制装置400还包括：减压器9，流量调节阀13，温度传感器27，压力传感器28和质量流量计10；减压器9和质量流量计10设置于阻尼器8与液路电磁阀11之间；流量调节阀13设置于测试段管路12的流出端；温度传感器27和压力传感器28设置于测试段管路12上。

其中，减压器9，用于调节测试段管路12内的待测液体冷却介质的压力；

流量调节阀13，用于控制流经测试段管路12的待测液体冷却介质的流量；

温度传感器27，用于测量流经测试段管路12的待测液体冷却介质的温度，和测量测试段管路的外壁面温度；

压力传感器28，用于测量测试段管路12内的液体压力值；

质量流量计10，用于测量流经测试段管路12的待测液体冷却介质的质量流量。

测量控制装置400包括测量系统和控制系统，其中，测量系统测量液体冷却介质质量流量和加热前压力、温度，加热段后压力、温度，以及测量管路壁面不同深度温度(n处)；控制系统控制液体冷却介质供应阀门的通断、泵的转速和流量调节阀13的开度。

在本发明实施例中，待测液体冷却介质经过阻尼器8、减压器9，由液路电磁阀11控制开关，最终进入测试段管路12，其中经过传感器测出待测液体冷却介质经过测试段管路12前后的压力温度值，以便后续计算换热系数。

在本发明实施例中，测量参数要求：测量通道数≥16；采样精度≥14bit；采样速度≥2k(每通道)；

控制参数要求：控制通道数≥16；测量数据可实时显示，保存，单次试验数据保存≥30min。

可选地，本发明实施例提供的系统还包括安全装置。具体的，如图2所示，安全装置包括：隔爆柜20，水吹除装置和液体冷却介质回收装置；液体冷却介质回收装置包括回收水箱14；测试段管路12和感应线圈19设置于隔爆柜20内部，隔爆柜20内设置导流装置。

其中，隔爆柜20，用于在电热管故障后将待测液体冷却介质导流到回收水箱14中；

水吹除装置，用于为单次试验后去离子水对管路内部的液体冷却介质置换。

如图2所示，水吹除系统包括第二单向阀15、水吹除路电磁阀16、第二手阀17、变频恒压泵22、水箱21、调节针阀23、紧急电磁阀24(常开)和应急喷淋头25。冷却介质回收系统还包括残液汇流口26。

如图2所示，本发明实施例采用隔爆柜20，将测试段管路12、感应线圈19、温度传感器27、加热段出入口的压力传感器28、应急喷淋头25放入隔爆区，其它设备放置于隔爆区外。隔爆柜20内设置导流装置，保障电热管故障后，与应急水一道流入回收水箱14内。

可选地，温度传感器27的数量为多个，如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种温度传感器布置示意图，其中，图3中的T_L1、T_l2、T_S1、T_S2、T_Sj和T_Sn均为温度传感器。

本发明实施例提供了一种泵压式液体冷却介质换热系数测量试验系统，与现有技术比，具有如下技术效果：

1、本发明实施例采用新型感应加热，可通过调节加热功率及频率，实现加热深度可控，对不同测量管路尺寸均可实现特定深度加热；可实现测量管路管壁均匀受热，从而实现恒温壁面边界条件，对管内液体冷却介质不同物性参数进行匹配和对换热系数进行测量。

2、本发明实施例可通过更换液体冷却介质，如过氧化氢、煤油、液氧、液甲烷等，实现不同冷却介质的换热系数的测量，为液体火箭发动机冷却通道中冷却介质的选择奠定基础。

3、传统挤压式测量系统提供的管路内液体压力较低，且受限于高压气体供应量，无法实现长时间稳态测量换热系数。本发明实施例采用泵压式冷却介质供给系统，可更好模拟液体火箭发动机高冷却通道压力的情况，从而更加准确测量特定工况下的液体冷却介质的换热系数。

实施例二：

下面具体说明本发明实施例提供的泵压式液体冷却介质换热系数测量试验系统对待测液体冷却介质的具体测量方法。

图4是根据本发明实施例提供的一种泵压式液体冷却介质换热系数测量方法的流程图，该方法应用于上述实施例一中的系统。如图4所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤S402，通过液压隔膜泵向测试段管路提供待测液体冷却介质。可选地，待测液体冷却介质包括以下任一项：过氧化氢，煤油，液氧，液甲烷。

步骤S404，通过电磁感应加热的方式为测试段管路加热。

步骤S406，在待测液体冷却介质流经被加热之后的测试段管路时，获取目标测量参数；目标测量参数包括待测液体冷却介质流经测试段管路前后的压力值和温度值。

步骤S408，基于目标测量参数，计算待测液体冷却介质的换热系数。

本发明提供了一种泵压式液体冷却介质换热系数测量方法，通过采用感应加热的方式，可以调节加热功率和频率，实现加热深度可控，对不同测量管路尺寸均可实现特定深度加热，同时通过泵压式冷却介质供给装置，可以更好的模拟液体火箭发动机高冷却通道压力情况，从而更加准确测量特定工况下的液体冷却介质的换热系数，缓解了现有技术中存在的无法控制加热深度和能够模拟冷却通道压力值较低的技术问题。

可选地，目标测量参数还包括：待测液体冷却介质的质量流量和测试段管路的壁面不同轴向位置温度；步骤S408还包括如下步骤：

步骤S4081，基于待测液体冷却介质的质量流量、待测液体冷却介质的比热容和待测液体冷却介质流经测试段管路前后的温度值，计算稳态下传入待测液体冷却介质内的能量。

步骤S4082，基于测试段管路的壁面不同轴向位置温度和稳态下传入待测液体冷却介质内的能量，计算待测液体冷却介质的换热系数。

对流换热系数表征流体与固体表面之间的换热能力，即物体表面与附近空气温差1K、单位时间单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。单位为W/(m²·K)。表面对流换热系数的数值与换热过程中空气的物理性质、换热表面的形状、部位、表面与流体之间的温差以及空气的流速等都有密切关系。表面附近的气流速度愈大，其表面对流换热系数也愈大。对流换热系数的基本计算公式由牛顿与1701年提出，又称牛顿冷却定律，其中指出，流体与固体壁面之间对流传热的热流与他们的温度差成正比，即：

q＝h(t_w-t_f)

式中q为单位面积的固体表面与流体之间在单位时间内交换的热量，称为热流密度，单位W/m²，t_w和t_f分别为固体表面和流体的温度，单位K。h为对流换热系数，单位W/(m²·K)。对流换热系数h的物理意义是：当流体与固体表面之间的温差为1K时，1m²壁面面积在每秒所能传递的热量，h的大小反应对流换热的强弱。

在本发明实施例中，通过测量待测液体冷却介质流经加热段(即加热之后的测试段管路)前后的温度，已知待测液体冷却介质的比热容C_p(J/kg·K)，以及稳态下的质量流量，进而可以求出稳态下传入到待测液体冷却介质内的能量，如下式：

式中，Q为换热热量，为待测液体冷却介质的质量流量(kg/s)，T_L2为加热后的温度，T_L1为加热前的温度。假设认为在长度为L的电热管(即测试段管路)内，待测液体冷却介质的温度呈一维线性变化，即稳态时，各处待测液体冷却介质温度按下式分布：

式中，T_Li为第i处的冷却介质温度，dx为i处到电热管入口端的距离。具体测量点对应图3所示的温度传感器分布。

测试段管路的壁面不同轴向位置温度(T_S1～T_Sn)，通过牛顿冷却公式，进而计算出管路中n处位置的换热系数，其中电热管内径为r，计算如下式：

A＝2πr·L

式中，h_i为i处的待测液体冷却介质的对流换热系数(W/m²·K)，T_Sj为测试段管路的壁面不同轴向位置温度(T_S1～T_Sn)，j＝1,2,……,n，求得沿管路轴向的n处换热系数，最终求得平均值，即为稳态下的待测液体冷却介质在此工况下的对流换热系数：

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例二中的方法的步骤。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。