风洞内设备热防护控温方法与流程

1.本发明涉及风洞设备领域，具体讲是风洞内设备热防护控温方法。


背景技术：

2.风洞在运行时，其内部气流温度最低可达77k，远低于其内部各类机械、电气、电子设备的正常工作温度，因此，需对其内部设备进行热防护，以保证其处于正常工作温度范围。
3.当前低温风洞为确保风洞内设备的正常工作温度范围，多通过绝热材料以及设备自身工作温度范围的扩展来实现，而该方法对设备材料的要求较高，设备的制造成本也很高。


技术实现要素：

4.因此，为了解决上述不足，本发明根据低温风洞内部设备种类繁多、布局复杂的特点，基于风洞内低温、高速流体环境下设备的系统性热防护技术，在采用多层隔热组件、pir隔热泡沫材料对设备进行被动热防护的同时，并行采用加热元件对设备进行主动热防护，以此实现对某低温风洞内部设备的有效热防护。
5.具体的，一种风洞内设备热防护控温方法，包括：根据控温对象的类型选择控温单元的加热件类型，根据控温对象的体积大小确定控温点；为所述控温点加装控温单元；根据控温对象对温度调控精度和控温速度的需求来确定控温单元的控温策略；根据控温对象和控温策略选择控温单元的加热方式，并对控温对象进行加热。
6.通过上述技术特征能够实现利用加热元件对风洞的中控温对象（容易受温度影响其工作性能的部件或设备）进行主动热防护，以此实现对某低温风洞内部设备的有效热防护。
7.可选的，所述控温单元包括作用模块和控制模块，所述作用模块安装并作用于所述控温对象，对控温对象的控温点进行加热和温度的采集；所述控制模块与所述作用模块连接，用于控制所述作用模块。
8.可选的，所述作用模块包括：防护层，安装于所述控温对象的控温点的外围；加热件，作用于所述控温对象的控温点，并位于所述防护层内；测温元件，作用于所述控温对象的控温点，并位于所述防护层内；电源，用于对所述加热件供电；以及分布式i/o模块，与所述控制模块连接，用于控制加热件和电源。
9.可选的，所述根据控温对象的类型选择控温单元的加热件类型的方法是：若所述控温对象的类型为体形，则所述加热件的类型为加热棒；
若所述控温对象的类型为面形，则所述加热件的类型为薄膜型的加热片。
10.可选的，所述根据控温对象的体积大小确定控温点的方法是：若控温对象体积和热容大于设定指标，则根据控温单元的作用面积在所述控温对象上确定多个控温点，每个所述测温点的控温单元采用独立的温控逻辑；若控温对象体积和热容小于设定指标，则根据控温单元的作用面积在所述控温对象上确定多个控温点，每个控温点的控温单元并采用统一的控温逻辑。
11.可选的，所述根据控温对象对温度调控精度和控温速度的需求来确定控温单元的控温策略的方法是：若控温对象对控温速度的需求大于对温度调控精度的需求，则控温单元采用开关控制算法逻辑；若控温对象对控温速度的需求小于对温度调控精度的需求，则控温单元采用pid控温算法逻辑。
12.可选的，所述根据控温对象和控温策略选择控温单元的加热方式，并对控温对象进行加热的方法是：若控温对象对控温速度的需求小于对温度调控精度的需求，则控温单元的加热方式采用功率调节控制；若控温对象对控温速度的需求大于对温度调控精度的需求，则控温单元的加热方式采用恒功率间断控制。
13.本发明具有如下优点：本发明基于风洞内低温、高速流体环境下设备的系统性热防护技术，在采用多层隔热组件、pir隔热泡沫材料对设备进行被动热防护的同时，并行采用加热元件对设备进行主动热防护，以此实现对某低温风洞内部设备的有效热防护；采用不同形状的加热件对控温对象进行加热，使其适应性更好。并且采用不同的加热方式和控制逻辑，能够满足对不同类型的控温对象进行热防护。
附图说明
14.图1是本发明所述风洞内设备热防护控温方法的流程示意图；图2是本发明所述控温单元的结构框图；图中：100、控制模块；200、作用模块；201、分布式i/o模块；202、电源；203、防护层；204、加热件；205、测温元件；300、控温对象。
具体实施方式
15.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
16.在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括
没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
17.如背景技术中所述，风洞在运行时，其内部气流温度最低可达77k，远低于其内部各类机械、电气、电子设备的正常工作温度，因此，需对其内部设备进行热防护，以保证其处于正常工作温度范围。而当前低温风洞为确保风洞内设备的正常工作温度范围，多通过绝热材料以及设备自身工作温度范围的扩展来实现，而该方法对设备材料的要求较高，设备的制造成本也很高。
18.基于上述原因，在一实施例中，如图1所示，本发明提供了一种风洞内设备热防护控温方法，包括：在步骤s100中、根据控温对象的类型选择控温单元的加热件类型；根据控温对象的体积大小确定控温点。
19.示例性的，若所述控温对象的类型为体形（如圆柱形），则所述加热件的类型为加热棒；若所述控温对象的类型为面形（如薄片形），则所述加热件的类型为薄膜型的加热片；若控温对象体积和热容大于设定指标（即实际工况中消耗的功率比设计或模拟仿真值大），则根据控温单元的作用面积在所述控温对象上确定多个控温点，每个所述测温点的控温单元采用独立的温控逻辑；若控温对象体积和热容小于设定指标，则根据控温单元的作用面积在所述控温对象上确定多个控温点，每个控温点的控温单元并采用统一的控温逻辑。
20.在步骤s200中、为所述控温点加装控温单元；如图2所示，所述控温单元包括作用模块200和控制模块100，所述作用模块200安装并作用于所述控温对象300，对控温对象的控温点进行加热和温度的采集，示例性的，所述控制模块为plc控制器。所述控制模块100与所述作用模块200连接，用于控制所述作用模块200。
21.如图2所示，在一些实施例中，所述作用模块200包括：防护层203，加热件204，测温元件205，电源202和分布式i/o模块201；所述防护层203安装于所述控温对象300的控温点的外围，可以是多层隔热组件、pir隔热泡沫等材料；所述加热件204作用于所述控温对象300的控温点，并位于所述防护层203内；所述测温元件205作用于所述控温对象300的控温点，并位于所述防护层203内；所述电源202用于对所述加热件204供电；所述分布式i/o模块201与所述控制模块100连接，用于控制加热件204和电源202。
22.所述控温单元在运行时，通过防护层对控温对象进行防护，并采用加热件对控温对象进行加热，通过测温元件对控温对象进行温度监控，并将监控到的实时温度发送到分布式i/o模块，控制模块根据选择的控制逻辑和加热方式来控制分布式i/o模块于电源，从而实现对控温对象的热保护，保证控温对象在低温风洞中能够正常工作。
23.在步骤s300中、根据控温对象对温度调控精度和控温速度的需求来确定控温单元的控温策略。
24.示例性的，若控温对象对控温速度的需求大于对温度调控精度的需求，则控温单元采用开关控制算法逻辑。进一步的，根据温度变化，通过控制恒定功率输出的有效时间占空比，来实现对加热元件供电功率的调节，控温速度更快。
25.若控温对象对控温速度的需求小于对温度调控精度的需求，则控温单元采用pid控温算法逻辑。进一步的，在过程控制中，按偏差的比例（p）、积分（i）和微分（d）进行控制的pid控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简
单等优点；所述pid控制器指的是功率调节pid控制，可以将温度精度控制的很好。
26.其中开关控制算法逻辑更为简单，便于实现，且控温速度更快，但从控温精度方面讲，尤其是针对大热容对象，pid控温算法可通过p、i、d参数的调整，减少超调量，提高控温精度。
27.步骤s400、根据控温对象和控温策略选择控温单元的加热方式，并对控温对象进行加热。
28.示例性的，其中加热方式是指加热元件的供电方式，是实现温度控制的最终实现手段，一般包括功率调节控制和恒功率间断控制两种，其中，功率调节控制为连续功率输出，主要通过对输出电流或电压的大小调节，实现对加热元件供电功率的调节，控制精度较高；恒功率间断控制通过控制恒定功率输出的有效时间占空比，来实现对加热元件供电功率的调节，控温速度更快。加热方式的选择直接涉及到控制系统功率电源的选择，需从控制效果、成本、实现难度等角度进行综合考虑。
29.进一步的，若控温对象对控温速度的需求小于对温度调控精度的需求，则控温单元的加热方式采用功率调节控制；若控温对象对控温速度的需求大于对温度调控精度的需求，则控温单元的加热方式采用恒功率间断控制。
30.本发明根据低温风洞内部设备种类繁多、布局复杂的特点，基于风洞内低温、高速流体环境下设备的系统性热防护技术，在采用多层隔热组件、pir隔热泡沫材料对设备进行被动热防护的同时，并行采用加热元件对设备进行主动热防护，以此实现对某低温风洞内部设备的有效热防护。
31.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.风洞内设备热防护控温方法，其特征在于，包括：根据控温对象的类型选择控温单元的加热件类型；根据控温对象的体积大小确定控温点；为所述控温点加装控温单元；根据控温对象对温度调控精度和控温速度的需求来确定控温单元的控温策略；根据控温对象和控温策略选择控温单元的加热方式，并对控温对象进行加热。2.根据权利要求1所述风洞内设备热防护控温方法，其特征在于，所述控温单元包括：作用模块，安装并作用于所述控温对象，对控温对象的控温点进行加热和温度的采集；和控制模块，与所述作用模块连接，用于控制所述作用模块。3.根据权利要求2所述风洞内设备热防护控温方法，其特征在于，所述作用模块包括：防护层，安装于所述控温对象的控温点的外围；加热件，作用于所述控温对象的控温点，并位于所述防护层内；测温元件，作用于所述控温对象的控温点，并位于所述防护层内；电源，用于对所述加热件供电；以及分布式i/o模块，与所述控制模块连接，用于控制加热件和电源。4.根据权利要求1所述风洞内设备热防护控温方法，其特征在于，所述根据控温对象的类型选择控温单元的加热件类型的方法是：若所述控温对象的类型为体形，则所述加热件的类型为加热棒；若所述控温对象的类型为面形，则所述加热件的类型为薄膜型的加热片。5.根据权利要求1所述风洞内设备热防护控温方法，其特征在于，所述根据控温对象的体积大小确定控温点的方法是：若控温对象体积和热容大于设定指标，则根据控温单元的作用面积在所述控温对象上确定多个控温点，每个所述测温点的控温单元采用独立的温控逻辑；若控温对象体积和热容小于设定指标，则根据控温单元的作用面积在所述控温对象上确定多个控温点，每个控温点的控温单元并采用统一的控温逻辑。6.根据权利要求1所述风洞内设备热防护控温方法，其特征在于，所述根据控温对象对温度调控精度和控温速度的需求来确定控温单元的控温策略的方法是：若控温对象对控温速度的需求大于对温度调控精度的需求，则控温单元采用开关控制算法逻辑；若控温对象对控温速度的需求小于对温度调控精度的需求，则控温单元采用pid控温算法逻辑。7.根据权利要求1所述风洞内设备热防护控温方法，其特征在于，所述根据控温对象和控温策略选择控温单元的加热方式，并对控温对象进行加热的方法是：若控温对象对控温速度的需求小于对温度调控精度的需求，则控温单元的加热方式采用功率调节控制；若控温对象对控温速度的需求大于对温度调控精度的需求，则控温单元的加热方式采用恒功率间断控制。

技术总结
本发明涉及风洞内部件的热防护领域，公开了一种风洞内设备热防护控温方法，包括：根据控温对象的类型选择控温单元的加热件类型；根据控温对象的体积大小确定控温点；为所述控温点加装控温单元；根据控温对象对温度调控精度和控温速度的需求来确定控温单元的控温策略；根据控温对象和控温策略选择控温单元的加热方式，并对控温对象进行加热。本发明根据低温风洞内部设备种类繁多、布局复杂的特点，基于风洞内低温、高速流体环境下设备的系统性热防护技术，在采用多层隔热组件、PIR隔热泡沫材料对设备进行被动热防护的同时，并行采用加热元件对设备进行主动热防护，以此实现对某低温风洞内部设备的有效热防护。洞内部设备的有效热防护。洞内部设备的有效热防护。


技术研发人员：罗强 肖厚元 张双喜
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所
技术研发日：2023.08.08
技术公布日：2023/9/7