【摘要】：傳熱系數(shù)是描述傳熱過程的主要特征參量之一,但在生活與生產(chǎn)過程中,由于實際換熱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、換熱結(jié)構(gòu)不確定、以及熱環(huán)境惡劣等問題,傳統(tǒng)的理論分析與實驗方法的準(zhǔn)確性大大降低。傳熱學(xué)反問題(IHTP)為解決這類問題提供了新的思路。目前,國內(nèi)外對傳熱系數(shù)及其反問題的研究得到了迅速的發(fā)展,提出了很多有價值的算法,如迭代正則化方法,共軛梯度法、粒子群算法等。但目前大多數(shù)論文主要集中在數(shù)值仿真階段,由于算法并不依賴于實際測量數(shù)據(jù),使得已提出的算法與實際情況脫離。本文構(gòu)建了一種符合實驗室已有的基于第三類邊界條件的傳熱過程正向發(fā)生平臺的反演方法。該方法包括一個與實際情況符合的較好的數(shù)學(xué)模型,一個能夠基本吻合實測溫度場的正問題解算方法,以及能夠得到有效結(jié)果的反演算法,最終能夠用實際數(shù)據(jù)驗證傳熱系數(shù)反演方法。在進行溫度場的正問題解算中,首先討論了目前常用的熱傳導(dǎo)正問題解算方法的原理,包括有限差分法和有限元法,然后討論了有限元法二維及三維模型在正問題中的表現(xiàn)。通過比較各方法的優(yōu)劣以及平衡精度和運算開銷等多方面的原因,最終選取二維有限元方法進行正問題解算。在進行反問題解算時,首先介紹了正則化方法的思想及特點,并給出了帶權(quán)重的迭代Tikhonov正則化的反演流程;然后給出了在迭代Tikhonov正則化過程中參數(shù)優(yōu)化的方法。仿真實驗的收斂圖像表明優(yōu)化后的參數(shù)在反演過程中表現(xiàn)良好。接下來,本文對所采用的導(dǎo)熱正向發(fā)生平臺的主要結(jié)構(gòu)和改進結(jié)構(gòu)做了簡單介紹,然后基于此平臺建立了二維仿真模型。在仿真實驗中,分別討論了正則化參數(shù)的選取對噪聲敏感度的影響、邊界條件(包括表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及流體溫度)有規(guī)律變動對反演結(jié)果的影響等,對反演算法的抗噪性進行了量化。最后,本文對實測數(shù)據(jù)進行了噪聲分析及處理。并利用實測數(shù)據(jù)對表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)進行了反演。利用牛頓冷卻公式對本文所研究的傳熱系數(shù)反演算法進行了驗證。結(jié)果顯示算法抗噪性良好,反演誤差在8%以內(nèi)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK124

【參考文獻】

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本文編號：2784969