基于反问题的壁面扰流元强化换热结构优化研究

发布时间：2017-10-23 21:24

  本文关键词：基于反问题的壁面扰流元强化换热结构优化研究

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【摘要】：近几年来对传热反问题的理论研究和应用研究逐渐引起了许多学者的兴趣和关注,广泛存在于科学研究和航天航空工程、化工工程、材料工程、动力工程、冶金工程、无损探伤等工程领域的每一个分支中。传热反问题(Inverse Heat Transfer Problems,IHTP)是众多反演课题当中比较典型的一个,反问题是相对于正问题而言的,是根据研究对象内部、表面温度信息或者易测得的数据来反求研究对象的热物性参数、边界条件、热流量、几何形状以及源项等等未知参数。传热反问题的研究具有重要的理论研究价值和实际工程应用意义。几何形状对流换热反问题,它是传热反问题中重要的一部分,通过一些可测的热物理量来反演需要的几何形状。其方法是以二维矩形通道内原有扰流元结构为初始条件,在其他条件不变时,利用共轭梯度法结合灵敏度法和伴随梯度法,通过Fluent数值模拟软件、UDF编程技术以及动网格模型来优化扰流元结构,使换热器有更佳的换热效果,从而得到最优的扰流元结构。本文的难点及创新点：首先反问题在数学上的不适定性,使得反问题求解比正问题的求解困难以及复杂的多；另外,目前国内外对传热反问题的研究主要是导热反问题,很少有关于对流换热反问题的研究,其原因是对流换热反问题考虑了流动变化对计算结果的影响,其不适定性更是难以控制；最后,笔者利用C语言编写共轭梯度方程、灵敏度方程以及伴随方程,然后通过UDF用户接口与Fluent软件连接,利用动网格技术进行扰流元结构优化,得到理想的扰流元强化换热结构。在形状优化过程中,当扰流元形状改变时,边界上的网格坐标点将发生改变,因此整个相邻的网格也需要调整,这就涉及到了动网格,本文采用弹簧近似光滑模型改变网格节点的坐标,用局部网格重划模型对网格进行光滑处理。在上述理论的基础上就可以采用本文的优化算法对扰流元进行优化设计。优化后的半圆形扰流元、三角形扰流元、六边形扰流元和五边形扰流元验证了共轭梯度法能够有效的解决几何形状对流换热反问题,且优化后扰流元的综合换热效果均优于优化前的。
【关键词】：反问题 传热反问题 形状优化 灵敏度问题 伴随问题 共轭梯度法 动网格 强化换热
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 符号说明10-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11-13
• 1.2 反问题的发展状况13-18
• 1.2.1 反问题研究进程13-14
• 1.2.2 反问题的特点14-16
• 1.2.3 反问题的分类16-17
• 1.2.4 反问题的常用算法概括17-18
• 1.3 传热反问题的发展状况18-20
• 1.3.1 传热学反问题概况18-19
• 1.3.2 传热学反问题研究方法概括19-20
• 1.4 本文主要研究内容20-21
• 第二章 灵敏度方程和伴随方程的推导21-42
• 2.1 灵敏度方程21-24
• 2.1.1 灵敏度概况21-22
• 2.1.2 灵敏度方程推导22-24
• 2.2 伴随问题24-39
• 2.2.1 伴随方程简介24-25
• 2.2.2 伴随方程推导25-39
• 2.3 本章小结39-42
• 第三章 共轭梯度法42-52
• 3.1 共轭梯度法简述42-43
• 3.2 共轭梯度法基本原理43-46
• 3.3 本文共轭梯度法推导46-50
• 3.3.1 正问题47-48
• 3.3.2 反问题48
• 3.3.3 迭代计算48-49
• 3.3.4 收敛准则49-50
• 3.3.5 计算过程50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 正问题换热与阻力特性分析52-58
• 4.1 计算模型描述52-55
• 4.1.1 物理模型52-53
• 4.1.2 边界条件和数据处理53-55
• 4.2 网格独立性考核55-56
• 4.3 换热与阻力特性分析56
• 4.4 本章小结56-58
• 第五章 反问题计算及结果分析58-76
• 5.1 Fluent动网格58-63
• 5.1.1 动网格及方法58-61
• 5.1.2 动网格编程61
• 5.1.3 曲线拟合61-63
• 5.2 半圆形和三角形扰流元强化换热结构优化分析63-67
• 5.3 六边形扰流元强化换热结构优化分析67-70
• 5.4 五边形扰流元强化换热结构优化分析70-74
• 5.5 本章小结74-76
• 第六章 结论与展望76-78
• 6.1 结论76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 程方道;神经网络在地球物理反演中的应用[J];地球物理学进展;1994年03期

2 支浩;汤慧萍;朱纪磊;;换热器的研究发展现状[J];化工进展;2009年S1期

3 石友安;桂业伟;杜雁霞;曾磊;钱炜祺;;相变材料热控系统内部接触热阻的辨识方法研究[J];实验流体力学;2012年04期

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本文编号：1085441