一种容器内液体温度变化可视化处理方法
阅读说明：本技术 一种容器内液体温度变化可视化处理方法 (Method for visually processing temperature change of liquid in container ) 是由 邢秦安 矫帅 徐灿 刘明 刘继平 严俊杰 于 2021-01-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种容器内液体温度变化可视化处理方法,首先通过容器内部热电偶组测量并采集温度变化过程中容器内各测点处液体温度,然后利用邻近替代法对液体整体运动方向上无测点位置进行温度插值,再利用格林样条插值法将容器内部区域整体转化为细化温度网格,细化温度网格经渐变色填充得到该时刻相应温度分布云图,最后按照时间顺序将一系列温度云图制作成动态云图。本发明根据容器内液体温度变化特性,利用邻近替代法精确还原液体整体运动方向上无测点位置温度值,还原精度高,在此基础上通过格林样条插值法确定整体温度分布,并制成完整过程温度动态云图,将容器内部液体温度变化过程整体化、连续化呈现。(The invention discloses a visual processing method for liquid temperature change in a container, which comprises the steps of firstly measuring and collecting the liquid temperature at each measuring point in the container in the temperature change process through a thermocouple group in the container, then carrying out temperature interpolation on positions without measuring points in the overall movement direction of the liquid by using a proximity substitution method, then converting the whole area in the container into a refined temperature grid by using a Green spline interpolation method, obtaining a corresponding temperature distribution cloud picture at the moment by filling the refined temperature grid in a gradual change color, and finally making a series of temperature cloud pictures into dynamic cloud pictures according to a time sequence. According to the temperature change characteristic of the liquid in the container, the invention accurately reduces the temperature value of the position without measuring points in the whole movement direction of the liquid by using the proximity substitution method, the reduction precision is high, on the basis, the whole temperature distribution is determined by the Green spline interpolation method, the temperature dynamic cloud chart of the whole process is manufactured, and the temperature change process of the liquid in the container is integrally and continuously presented.)
技术领域
本发明涉及容器内液体温度分布研究领域，特别提供了一种基于邻近替代法与格林样条插值法的容器内液体温度变化可视化处理方法。
背景技术
随着我国经济的持续快速发展，能源供应紧张问题日益突出，节能、减排、降耗已成为我国经济和社会发展的必然要求。蓄热/冷水罐作为一种蓄热/冷设备应用于热电解耦方向在国外十分广泛，由于国内技术起步晚，斜温层蓄热/冷水罐在我国热电厂仍未大范围实现。
斜温层蓄热/冷罐其原理就是利用冷热介质的密度差异，通过蓄热/冷和放热/冷的过程，将冷介质与热介质储存在一个罐体中。在蓄热/冷和放热/冷的过程中，冷介质和热介质会接触形成一个温度过渡区，这个过渡区被称作斜温层，冷介质会处于斜温层下部，热介质会处于斜温层上部。冷热介质在罐体保温性能良好的情况下温度能基本保持不变，满足供热/冷需求。
因此在实验研究各因素对蓄/放热/冷过程的影响时，准确确定罐体内部液体温度变化对研究十分重要；而将实验过程罐内整体温度分布制成动态云图，将实验数据可视化处理，直观还原出实验过程中罐体内部整体温度变化情况对实验机理研究和数值模拟研究均具有极高的借鉴与指导作用。
现有数据处理方法至少存在以下缺点：
1.因为现有技术限制，蓄热罐体内热电偶测点布置做不到足够紧密，而直接插值法无法通过有限的温度测点精确还原出罐体内部无测点位置处液体温度数值。
2.将径向或轴向测点测得温度值制成曲线图，只能比较径向或轴向有温度测点处的温度变化情况，未能将所有数据整体化处理，无法直观观察实验过程罐体内部温度变化情况
因此，寻求一种实验数据处理方法，以实现对蓄/放热/冷过程中无测点位置温度精确还原及将实验过程直观且整体地呈现，成为人们亟待解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术及方法存在的问题，本发明的目的在于提供一种容器内液体温度变化可视化处理方法，以实现对蓄/放热/冷过程中将整体实验数据可视化处理，使实验过程直观且整体地呈现。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种容器内液体温度变化可视化处理方法，包括如下步骤：
S1：在容器内部布置热电偶，并将热电偶与温度采集系统连接；
S2：开启温度采集系统，监测所有热电偶测得温度数值，剔除异常热电偶；
S3：在S2的条件下，计算各温度下热电偶所测温度值的离差，并将各差值补偿给相应测点，使得所有热电偶所测温度值误差在允许范围内；
S4：高频率测量并记录容器内部热电偶所测温度值；
S5：从温度变化过程开始起，选取某一时刻所有温度数值为一组；
S6：利用邻近替代法对无热电偶测点处进行温度插值；
S7：在步骤S6的基础上，利用格林样条插值法将温度变化区域整体转化为细化温度网格；
S8：将细化温度网格整体填充随温度变化的渐变色，形成温度变化过程中相应时刻容器内部区域温度分布云图；
S9：选取下一时刻所有温度数值为一组，完成步骤S6至步骤S8所述过程；
S10：重复步骤S9，直至温度变化过程结束，得到所有时刻容器内部区域温度分布云图；
S11：根据时间顺序，将所有时刻容器内部整体区域温度分布云图转化为该过程整体温度分布动态云图。
方法主要根据液体运动方向确定温度变化方向。
步骤S1中，布置热电偶测点根据液体运动方向与容器形状在容器内部形成二维网络，平行于液体运动方向均匀布置多组热电偶，相邻两组热电偶相距10cm以内，间距越小精度越高，垂直于液体运动方向布置三组热电偶，分别位于罐体中心、壁面以及中心到壁面所连线段的中点位置。以直立圆柱体容器为例：在圆柱体旋转面上，竖直方向上间隔5cm布置一组水平测点，每组测点分别布置在相应水平截面的圆心处、二分之一半径处以及圆周处，使热电偶测点形成二维网络将圆柱体旋转面整体覆盖。
步骤S2中，为剔除异常热电偶，容器中每次充满的液体温差不大于10℃。
步骤S2中，剔除温度异常测点后，各测点误差允许范围为3℃。
步骤S3中，各测点经温度补偿后误差允许范围为1℃。
步骤S4中，高频率测量指的是温度采集与记录频率不低于1次/s。
根据液体运动的方向特性，步骤S6中，邻近替代法是指在某一时刻，将测点间某处温度用其最邻近测点相对应的前一时刻或者后一时刻的温度值代替的一种插值方法。以蓄热过程举例说明：已知某测点ai，罐体内竖直方向上热电偶间距n，时间步长Δτ，蓄热罐横截面积A，蓄热罐出口体积流量Q，可以计算出罐体中流体沿竖直方向的移动速率υ；
那么τ0时刻，测点ai上方ν·Δτ位置温度值可由(τ0-Δτ)时刻测点ai的温度值代替，测点ai下方ν·Δτ位置温度值可由(τ0+Δτ)时刻测点ai的温度值代替。由此方法，测点ai上方距离内区域与下方距离内区域均由测点ai所测温度完成插值，即竖直方向两相邻测点间某一无热电偶测点处温度值由竖直方向距离其最近的测点前一时刻或者后一时刻的温度值代替。
步骤S7中，格林样条插值法是用中心点位于各观测数据点的多个格林函数进行加权叠加而解析地计算出插值曲面的全局插值方法。
本发明提供了一种容器内液体温度变化可视化处理方法，利用邻近替代法对液体整体运动方向进行温度精确插值，利用格林样条插值法将整体区域转化为细化温度网格，以实现对过程中容器内无测点位置液体温度精确还原及将整体实验数据可视化处理，使实验过程直观且整体地呈现。
附图说明
图1是本发明一种容器内液体温度变化可视化处理方法流程图。
图2是本发明热电偶测点布置结构示意图。
图3是本发明得到的细化温度网格示意图。
图4是本发明得到的某时刻罐体内温度分布云图。
图5是本发明得到的实验过程中罐体内温度分布系列云图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
为了达到上述目的，本发明采用如下采集处理方法：
如图1所示，本发明一种容器内液体温度变化可视化处理方法，包括如下步骤：
S1：在容器内部布置热电偶，并将热电偶与温度采集系统连接；
S2：开启温度采集系统，监测所有热电偶测得温度数值，剔除异常热电偶；
S3：在S2的条件下，计算各温度下热电偶所测温度值的离差，并将各差值补偿给相应测点，使得所有热电偶所测温度值误差在允许范围内；
S4：高频率测量并记录容器内部热电偶所测温度值；
S5：从温度变化过程开始起，选取某一时刻所有温度数值为一组；
S6：利用邻近替代法对无热电偶测点处进行温度插值；
S7：在步骤S6的基础上，利用格林样条插值法将温度变化区域整体转化为细化温度网格，如图3所示；
S8：将细化温度网格整体填充随温度变化的渐变色，形成温度变化过程中相应时刻容器内部区域温度分布云图，如图4所示；
S9：选取下一时刻所有温度数值为一组，完成步骤S6至步骤S8所述过程；
S10：重复步骤S9，直至温度变化过程结束，得到所有时刻容器内部区域温度分布云图，如图5所示；
S11：根据时间顺序，将所有时刻容器内部整体区域温度分布云图转化为该过程整体温度分布动态云图。
该方法根据液体运动方向确定温度变化方向。
步骤S1中，布置热电偶测点根据液体运动方向与容器形状在容器内部形成二维网络，平行于液体运动方向均匀布置多组热电偶，相邻两组热电偶相距10cm以内，间距越小精度越高，垂直于液体运动方向布置三组热电偶，分别位于罐体中心、壁面以及中心到壁面所连线段的中点位置。以直立圆柱体容器为例：在圆柱体旋转面上，竖直方向上间隔5cm布置一组水平测点，每组测点分别布置在相应水平截面的圆心处、二分之一半径处以及圆周处，使热电偶测点形成二维网络将圆柱体旋转面整体覆盖，如图2所示，水平线段为所布置热电偶组，每组3个测点，分别位于水平线段与垂直线段交点处。
步骤S2中，为剔除异常热电偶容器中每次充满的液体温差不大于10℃。
步骤S2中，剔除温度异常测点后，各测点误差允许范围为3℃。
步骤S3中，各测点经温度补偿后误差允许范围为1℃。
步骤S4中，温度采集与记录频率不低于1次/s。
根据液体运动的方向特性，步骤S6中，邻近替代法是指在某一时刻，将测点间某处温度用其最邻近测点相对应的前一时刻或者后一时刻的温度值代替的一种插值方法。以蓄热过程举例说明：已知某测点ai，罐体内竖直方向上热电偶间距n，时间步长Δτ，蓄热罐横截面积A，蓄热罐出口体积流量Q，可以计算出罐体中流体沿竖直方向的移动速率υ；
那么τ0时刻，测点ai上方ν·Δτ位置温度值可由(τ0-Δτ)时刻测点ai的温度值代替，测点ai下方ν·Δτ位置温度值可由(τ0+Δτ)时刻测点ai的温度值代替。由此方法，测点ai上方距离内区域与下方距离内区域均由测点ai所测温度完成插值，即竖直方向两相邻测点间某一无热电偶测点处温度值由竖直方向距离其最近的测点前一时刻或者后一时刻的温度值代替。
步骤S7中，格林样条插值法是用中心点位于各观测数据点的多个格林函数进行加权叠加而解析地计算出插值曲面的全局插值方法。