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円管の外壁温度により内壁温度を算出する方法

国内特許コード P150011741
掲載日 2015年3月30日
出願番号 特願2010-546543
登録番号 特許第5386510号
出願日 平成21年9月29日(2009.9.29)
登録日 平成25年10月11日(2013.10.11)
国際出願番号 JP2009066945
国際公開番号 WO2010082380
国際出願日 平成21年9月29日(2009.9.29)
国際公開日 平成22年7月22日(2010.7.22)
優先権データ
  • 200910000465.6 (2009.1.16) CN
発明者
  • ジャン ペエシウェ
  • ジャン ユウェ
  • リ フィ
出願人
  • 三菱重工業株式会社
  • 清華大学
発明の名称 円管の外壁温度により内壁温度を算出する方法
発明の概要 本発明は測定技術分野に関するものであり、二次元の非定常的な管内熱流動問題に対して、配管の外壁温度計測結果から内壁温度を算出する方法を示したものである。当評価方法では、二次元の非定常的な配管内流動下で、複数点の外壁温度を計測するステップと、その外壁温度測定値に基づき、内壁温度を推定するステップがある。本発明による手法により、管外壁温度から管内壁温度の時間に伴う変化を高精度で正確に推定することができ、計算時間は比較的少ない。このため、工業生産、科学研究における管内流動の管内壁温度の測定が困難である問題に対して当手法を適用できるため、広範な応用の可能性を備えている。
従来技術、競合技術の概要



工業生産、科学研究作業において、管内熱流動問題に関する多くの場合には管壁温度の時間変化を知る必要があり、例えば、熱力学管路中の熱応力の管壁材料構造に対する影響を研究する場合である。管外壁温度に対しては、すでに多くの改良された実験方法によりそれを測定することができるが、管内壁温度に対しては、管内壁温度測定装置の取り付けが非常に困難であり、温度測定装置の取り付けが不適切であると管内の熱流動場を乱すため、管内壁温度の測定値は実際値から乖離する。そのため、容易に測定される管外壁温度に基づき一定の方法により管内壁温度を算出して得ることができるならば、つまり熱伝導逆問題の解を求めることができるならば、管内壁温度の測定により生産、科学研究にもたらされる障害及び困難は回避される。現在、国内外の科学研究者はすでに熱伝導逆問題について多方面にわたって研究しており、最大エントロピー法、共役勾配法、グリーン関数法、ニューラルネットワーク法など多くの方法が開発されている。一次元の定常及び非定常問題に対しては、すでに確立した方法により管外壁温度から管内壁温度の解を求めることができ、二次元で、定常した管内流動問題に対しても、管外壁温度により管内壁温度の解を求める確立した逆問題解法があるが、二次元で、非定常管内熱流動問題に対しては、管内壁温度及び管外壁温度の時間及び空間に伴う変化により、熱伝導逆問題の解を求めることは比較的複雑であり、関連する研究も少ない。現在、二次元、非定常問題で、管外壁温度により管内壁温度を求める熱伝導逆問題の解法は存在しない。

産業上の利用分野



本発明は測定技術分野に関するものであり、特に二次元の非定常的な管内流動下における温度の測定に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
二次元の非定常的管内流動下で、複数点の外壁温度測定値を得るステップと、外壁温度測定値に基づき複数点の内壁温度結果値を得るステップを備え、
複数点の外壁温度測定値に基づき複数点の内壁温度結果値を得るステップは、内壁温度の初期値を設定するステップと、内壁温度の初期値に基づき複数点の外壁温度算出値を算出して得るステップと、外壁温度算出値と外壁温度測定値とが一致しているか否かを判断し、一致している場合は、内壁温度初期値を内壁温度結果値とし、一致していない場合は、繰り返し計算して結果値を得るステップとを含み、
前記繰り返し計算により結果値を得るステップの前に、逐次代入方程式により次段階繰り返しの内壁温度初期値を得るステップを更に含み、
逐次代入方程式は、
【数21】


であり、
ここで、bは繰り返し回数、kは管内壁算出対象点位置、βは繰り返しステップの長さ、nは時間点、dは検索方向であることを特徴とする円管の外壁温度により内壁温度を算出する方法。

【請求項2】
繰り返しステップの長さは、内外壁評価点温度の変化関係を示す感度係数と関連しており、感度係数は、感度方程式により得られ、感度方程式の円管内壁における境界条件は下記の通りであることを特徴とする請求項記載の円管の外壁温度により内壁温度を算出する方法。
【数22】



【請求項3】
複数の外壁及び内壁評価点は、メッシュ分割法により得られることを特徴とする請求項1記載の方法。

【請求項4】
複数点の外壁温度算出値は、円管の二次元非定常熱伝導方程式の解を求めることにより得られることを特徴とする請求項記載の方法。

【請求項5】
外壁温度算出値と外壁温度測定値とが一致しているか否かを判断するステップは、外壁温度算出値と外壁温度測定値とに基づき当面の目標関数の値を得るステップと、当面の目標関数の値は、予め確定された閾値よりも小さいか否かを判断し、小さい場合は、一致しているとし、小さくない場合は、一致していないとするステップと、を含むことを特徴とする請求項記載の方法。

【請求項6】
目標関数は、
【数20】


であり、
ここで、Tcal,m,nは、外壁温度算出値、TExp,m,nは、外壁温度測定値、M,Nは、それぞれ測定点数及び時間点数であることを特徴とする請求項5記載の方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2010546543thum.jpg
出願権利状態 登録
分野
  • 物理学
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