本文關(guān)鍵詞：穩(wěn)態(tài)耦合傳熱系統(tǒng)的模糊反演

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【摘要】：傳熱學(xué)反問題(Inverse heat transfer problem,IHTP)是指基于傳熱系統(tǒng)的溫度觀測信息反演系統(tǒng)的某些未知特征參量,如邊界條件、熱物性參數(shù)和幾何形狀等。涉及耦合傳熱的各類換熱設(shè)備廣泛應(yīng)用于電站、制冷、煉油和化工等工程領(lǐng)域。傳熱學(xué)反問題方法為換熱設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)、換熱設(shè)備性能的綜合評(píng)價(jià)及在線監(jiān)測等提供了一種十分有前途的技術(shù)方案。由于傳熱學(xué)反問題所固有的不適定性,目前常用的傳熱學(xué)反問題典型研究方法,如共軛梯度法(Conjugate Gradient Method,CGM)和遺傳算法(Genetic Algorithm,GA)等研究方法,對(duì)溫度測點(diǎn)數(shù)目和測量誤差等具有較強(qiáng)的依賴性,難以獲得理想的反演結(jié)果。基于模糊理論基礎(chǔ)的分散式模糊推理方法(Decentralized Fuzzy Inference method,DFIM))是一種具有良好魯棒性和容錯(cuò)能力的不確定推理方法,能夠基于不精確和不完備的觀測信息做出有效的決策,為傳熱學(xué)反問題的研究提供了一種十分有效的理論方法。本文研究了基于DFIM的穩(wěn)態(tài)耦合傳熱系統(tǒng)的反演問題,主要內(nèi)容包括:(1)給出了一種求解流固耦合傳熱正問題的BEM-FVM方法。針對(duì)二維穩(wěn)態(tài)耦合傳熱問題,分別采用邊界元法(Boundary Element Method,BEM)和有限容積法(Finite Volume Method,FVM)求解固體導(dǎo)熱及流體傳熱正問題的數(shù)值模型,并結(jié)合流固界面溫度和熱流連續(xù)條件,確定固體邊界的節(jié)點(diǎn)溫度及流體區(qū)域的溫度場。(2)概述了采用CGM和GA方法求解反問題的基本原理和流程,并基于CGM和GA,反演了圓管流固耦合傳熱系統(tǒng)的固態(tài)附著層外壁邊界的幾何形狀。結(jié)合數(shù)值實(shí)驗(yàn),討論了在上述兩種反演方法下,邊界幾何形狀的初始猜測值、溫度測點(diǎn)數(shù)目以及測量誤差等因素對(duì)反演結(jié)果的影響,總結(jié)了CGM和GA兩種優(yōu)化方法在求解反問題中存在的問題。(3)結(jié)合傳熱學(xué)反問題存在的問題和模糊推理方法的特點(diǎn),建立了求解二維穩(wěn)態(tài)耦合傳熱系統(tǒng)反問題的分散式模糊推理方法(DFIM)。以溫度測量值與傳熱正問題計(jì)算值的偏差作為輸入信息進(jìn)行分散模糊推理;建立了一種基于正態(tài)分布的綜合加權(quán)方法,對(duì)各個(gè)分散模糊推理分量進(jìn)行加權(quán)綜合,獲得待反演參數(shù)分布的補(bǔ)償量,對(duì)反演參數(shù)分布的當(dāng)前猜測值進(jìn)行修正。(4)應(yīng)用所提出的DFIM方法,分別研究了二維流固耦合傳熱系統(tǒng)的邊界幾何形狀反演問題和邊界熱流分布反演問題,并與CGM和GA兩種方法的反演結(jié)果的對(duì)比,驗(yàn)證了DFIM求解耦合傳熱反問題的有效性。通過數(shù)值實(shí)驗(yàn),討論了待反演邊界條件分布的初始猜測值、溫度測點(diǎn)數(shù)目及測量誤差等因素對(duì)反演結(jié)果的影響。結(jié)果表明,與CGM和GA相比,DFIM明顯降低了反演對(duì)溫度測點(diǎn)數(shù)目的要求,增強(qiáng)了對(duì)測量誤差的抗干擾能力,具有良好的抗不適定性。
【關(guān)鍵詞】：耦合傳熱 反問題 分散模糊推理 模糊反演
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK124
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 傳熱學(xué)反問題概述10-11
• 1.2 傳熱學(xué)反問題的研究方法11-15
• 1.2.1 Tikhonov正則化方法12-13
• 1.2.2 梯度優(yōu)化方法13
• 1.2.3 智能優(yōu)化方法13-14
• 1.2.4 分散模糊推理方法14-15
• 1.3 耦合傳熱反問題的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 本文主要工作16-18
• 2 邊界元法原理及流固耦合傳熱正問題求解18-32
• 2.1 邊界元法概述18
• 2.2 二維平面穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的邊界元分析18-23
• 2.2.1 二維平面導(dǎo)熱問題的邊界積分方程18-20
• 2.2.2 邊界元積分方程的離散與數(shù)值分析20-23
• 2.3 軸對(duì)稱穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的邊界元分析23-25
• 2.3.1 軸對(duì)稱問題的邊界積分方程23-24
• 2.3.2 邊界元積分方程的離散與數(shù)值分析24-25
• 2.4 流固耦合傳熱正問題求解25-29
• 2.4.1 固體區(qū)域求解26-27
• 2.4.2 流體區(qū)域求解27-28
• 2.4.3 流固耦合傳熱正問題求解流程28
• 2.4.4 數(shù)值求解及網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-32
• 3 傳熱學(xué)反問題的優(yōu)化方法及主要問題32-40
• 3.1 引言32
• 3.2 基于CGM和GA的幾何形狀反演32-35
• 3.2.1 基于CGM的附著層邊界幾何形狀反演32-33
• 3.2.2 基于GA的附著層邊界幾何形狀反演33-35
• 3.3 數(shù)值實(shí)驗(yàn)及結(jié)果討論35-39
• 3.3.1 初始猜測值的影響36-37
• 3.3.2 測點(diǎn)數(shù)目的影響37-38
• 3.3.3 測量誤差的影響38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 4 基于分散模糊推理方法的幾何形狀反演40-58
• 4.1 引言40
• 4.2 分散式模糊推理方法40-48
• 4.2.1 模糊推理思想40-41
• 4.2.2 分散式模糊推理反演系統(tǒng)41-42
• 4.2.3 分散模糊推理模塊42-45
• 4.2.4 分散式模糊推理系統(tǒng)的綜合加權(quán)45-48
• 4.3 附著層幾何形狀的模糊反演48-51
• 4.3.1 分散模糊推理結(jié)構(gòu)48
• 4.3.2 模糊推理單元48-50
• 4.3.3 模糊推理結(jié)果的加權(quán)綜合50-51
• 4.3.4 附著層外壁幾何形狀的反演流程51
• 4.4 數(shù)值實(shí)驗(yàn)及討論51-57
• 4.4.1 加權(quán)綜合模型中方差系數(shù)? 的選取51-53
• 4.4.2 初始猜測值對(duì)反演結(jié)果的影響53-54
• 4.4.3 測點(diǎn)數(shù)目對(duì)反演結(jié)果的影響54-56
• 4.4.4 測量誤差對(duì)反演結(jié)果的影響56-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 5 基于DFIM的耦合傳熱過程熱流分布反演58-72
• 5.1 引言58
• 5.2 傳熱過程模型58-61
• 5.2.1 平板區(qū)域求解59-60
• 5.2.2 流體區(qū)域求解60
• 5.2.3 流固耦合傳熱正問題求解60-61
• 5.3 熱流分布的模糊反演61-64
• 5.3.1 分散式模糊推理結(jié)構(gòu)61-62
• 5.3.2 模糊推理單元62-63
• 5.3.3 模糊推理結(jié)果的加權(quán)綜合63-64
• 5.3.4 平板外壁熱流反演的基本流程64
• 5.4 數(shù)值實(shí)驗(yàn)及討論64-71
• 5.4.1 正問題驗(yàn)證和CGM及GA說明65-66
• 5.4.2 初始猜測值對(duì)反演結(jié)果的影響66-67
• 5.4.3 測點(diǎn)數(shù)目對(duì)反演結(jié)果的影響67-69
• 5.4.4 測量誤差對(duì)反演結(jié)果的影響69-71
• 5.5 本章小結(jié)71-72
• 6 總結(jié)與展望72-74
• 致謝74-76
• 參考文獻(xiàn)76-84
• 附錄84
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間已完成的的論文目錄84
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目84

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