【摘要】：反演邊界條件問題在航空航天,工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。如何高效準(zhǔn)確地識(shí)別邊界熱流和溫度是熱傳導(dǎo)反問題領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。本文研究了二維穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱傳導(dǎo)問題中邊界條件識(shí)別的方法。正問題分別采用常規(guī)邊界元法和雙重互易邊界元法求解。對(duì)于穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)邊界條件識(shí)別問題,引入一種將邊界條件用多項(xiàng)式函數(shù)近似的方法,將邊界節(jié)點(diǎn)離散的未知變量數(shù)值反演問題轉(zhuǎn)換為近似多項(xiàng)式函數(shù)系數(shù)識(shí)別問題。這種方法可以降低反演問題識(shí)別的參數(shù)個(gè)數(shù),提高邊界條件識(shí)別的效率。在反問題部分,采用了改進(jìn)的螢火蟲算法進(jìn)行分析。分別研究了各向同性和正交各向異性熱傳導(dǎo)邊界條件識(shí)別問題。探討了測(cè)點(diǎn)的數(shù)目和測(cè)量誤差對(duì)反演結(jié)果的影響,此外,正交各向異性熱傳導(dǎo)邊界條件識(shí)別問題還考慮了邊界離散單元數(shù)對(duì)反演結(jié)果的影響。數(shù)值算例結(jié)果表明,對(duì)各向同性材料和正交各向異性材料,當(dāng)測(cè)點(diǎn)數(shù)不足時(shí),所獲得的反演結(jié)果誤差較大,隨著測(cè)點(diǎn)數(shù)量的增加,其反演結(jié)果也越來越精確。測(cè)量誤差對(duì)反演結(jié)果也有較大影響,計(jì)算結(jié)果表明隨著測(cè)量誤差的減小,反演得到的邊界條件也越來越精確。對(duì)正交各向異性材料而言,邊界離散單元數(shù)對(duì)反演結(jié)果精確性有很大影響,隨著邊界離散單元的增加,反演得到的邊界條件也越來越精確。對(duì)于帶熱源瞬態(tài)熱傳導(dǎo)邊界條件識(shí)別問題,使用雙重互易法將熱源項(xiàng)與時(shí)間導(dǎo)數(shù)項(xiàng)所產(chǎn)生的域積分轉(zhuǎn)換為邊界積分。螢火蟲算法具有非常好的全局搜索能力,而傳統(tǒng)的螢火蟲算法因其隨機(jī)性,反演速度較慢。為了將傳統(tǒng)螢火蟲算法進(jìn)行提速,引入了牛頓法進(jìn)行優(yōu)化。改進(jìn)后的螢火蟲算法既具有極強(qiáng)的全域搜索能力,也具有非常好的局部搜索能力。數(shù)值算例表明了改進(jìn)的螢火蟲算法比傳統(tǒng)螢火蟲算法更加高效。對(duì)于瞬態(tài)邊界條件識(shí)別問題,主要考慮了測(cè)點(diǎn)數(shù)目和誤差對(duì)反演結(jié)果的影響。計(jì)算結(jié)果顯示當(dāng)測(cè)點(diǎn)數(shù)不足時(shí),難以獲得準(zhǔn)確的邊界條件值,隨著測(cè)點(diǎn)數(shù)的增加,反演得到的邊界條件越準(zhǔn)確。當(dāng)考慮測(cè)量誤差影響時(shí),計(jì)算結(jié)果表明隨著測(cè)量誤差的減小,所獲得的反演結(jié)果也越好。同時(shí)從計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)存在測(cè)量誤差時(shí),越靠前的時(shí)間步所獲得的反演結(jié)果越好。
【圖文】：

在熱水中加入冷水得到溫水，都屬于熱傳導(dǎo)過程�？梢�，熱傳導(dǎo)的生活，生產(chǎn)密切相關(guān)。作為傳熱學(xué)中最主要的三種熱傳遞方式之一，熱題研究也一直是傳熱領(lǐng)域科研工作者的主要研究?jī)?nèi)容。熱傳導(dǎo)反問題因其領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用性以及較強(qiáng)的不適定性，近年了得到了廣泛的關(guān)注。熱傳題指的是通過已知的溫度測(cè)量信息來反演未知的熱物性參數(shù)，邊界條件，及幾何形狀。近些年已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天，石油化工，工藝成型等領(lǐng)域而在航空航天，國(guó)防科技，材料加工成型，石油工程等領(lǐng)域邊界熱流的識(shí)別對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)加工使用有著決定性的作用。2016 年 11 月 18 日，景海冬乘坐返回艙安全著陸，標(biāo)志著我國(guó)載人航天工程進(jìn)入了應(yīng)用階段，是我事業(yè)上又一重要里程碑。而在航空航天領(lǐng)域中，諸如返回艙之類飛行器防設(shè)計(jì)對(duì)飛行器飛行安全起到至關(guān)重要的作用，，因此得到飛行器的表面熱流行器進(jìn)行合理設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。而飛行器在高速飛行過程中，其表面熱流密很大，無法直接測(cè)量，通過測(cè)量飛行器內(nèi)部的溫度反演外表面熱流成為一有效又經(jīng)濟(jì)的方法。圖 1.1 給出了識(shí)別飛行器表面熱流的有限元模型[1]。

合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文年代起，歐美以及亞洲部分發(fā)達(dá)國(guó)家通過改進(jìn)技術(shù)，更新機(jī)械設(shè)備，領(lǐng)域已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和完成了一定的技術(shù)積累。我國(guó)的大型與這些國(guó)家還有著一定的差距，而我國(guó)正處在高速發(fā)展的時(shí)期，在大型關(guān)系國(guó)計(jì)民生的領(lǐng)域，對(duì)大型鍛造件的質(zhì)量有很高的要求。而程中對(duì)其表面溫度場(chǎng)的識(shí)別可以有效控制鍛件的應(yīng)力和觀察預(yù)測(cè)其進(jìn)生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出高質(zhì)量的鍛件。圖 1.2 給出了連續(xù)鑄模表明熱流工程中應(yīng)用的例子[2]。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP18;O551.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 石友安;魏東;桂業(yè)偉;錢煒祺;曾磊;劉驍;;固體結(jié)構(gòu)內(nèi)部瞬態(tài)非均勻溫度場(chǎng)的重建方法研究[J];兵工學(xué)報(bào);2016年12期

2 崔苗;端維偉;高效偉;;基于復(fù)變量求導(dǎo)法的共軛梯度法及其在熱傳導(dǎo)反問題邊界條件辨識(shí)中的應(yīng)用[J];化工學(xué)報(bào);2015年S1期

3 卞步喜;周煥林;程長(zhǎng)征;牛忠榮;;二維位勢(shì)邊界條件反識(shí)別TSVD正則化法[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年09期

4 文哲希;呂碩;何雅玲;;預(yù)測(cè)噴霧冷卻熱流密度反問題的粒子群算法研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2013年08期

5 蔣文萍;王廣軍;嚴(yán)飛;陳紅;;膜式水冷壁傳熱邊界條件反演[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年05期

6 朱麗娜;王廣軍;陳紅;;采用共軛梯度法求解多變量穩(wěn)態(tài)傳熱反問題[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2011年08期

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8 周煥林;楊智勇;牛忠榮;程長(zhǎng)征;王秀喜;;薄體位勢(shì)邊界條件識(shí)別反問題正則化邊界元方法(英文)[J];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào);2008年04期

9 錢煒祺,蔡金獅;順序函數(shù)法求解二維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)逆問題[J];空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào);2002年03期

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1 楊智勇;邊界元法反求解二維位勢(shì)問題的邊界條件[D];合肥工業(yè)大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2563940