基于第三类边界条件的传热系数反演方法研究

发布时间：2020-08-08 03:25

【摘要】：传热系数是描述传热过程的主要特征参量之一,但在生活与生产过程中,由于实际换热结构复杂、换热结构不确定、以及热环境恶劣等问题,传统的理论分析与实验方法的准确性大大降低。传热学反问题(IHTP)为解决这类问题提供了新的思路。目前,国内外对传热系数及其反问题的研究得到了迅速的发展,提出了很多有价值的算法,如迭代正则化方法,共轭梯度法、粒子群算法等。但目前大多数论文主要集中在数值仿真阶段,由于算法并不依赖于实际测量数据,使得已提出的算法与实际情况脱离。本文构建了一种符合实验室已有的基于第三类边界条件的传热过程正向发生平台的反演方法。该方法包括一个与实际情况符合的较好的数学模型,一个能够基本吻合实测温度场的正问题解算方法,以及能够得到有效结果的反演算法,最终能够用实际数据验证传热系数反演方法。在进行温度场的正问题解算中,首先讨论了目前常用的热传导正问题解算方法的原理,包括有限差分法和有限元法,然后讨论了有限元法二维及三维模型在正问题中的表现。通过比较各方法的优劣以及平衡精度和运算开销等多方面的原因,最终选取二维有限元方法进行正问题解算。在进行反问题解算时,首先介绍了正则化方法的思想及特点,并给出了带权重的迭代Tikhonov正则化的反演流程;然后给出了在迭代Tikhonov正则化过程中参数优化的方法。仿真实验的收敛图像表明优化后的参数在反演过程中表现良好。接下来,本文对所采用的导热正向发生平台的主要结构和改进结构做了简单介绍,然后基于此平台建立了二维仿真模型。在仿真实验中,分别讨论了正则化参数的选取对噪声敏感度的影响、边界条件(包括表面传热系数及流体温度)有规律变动对反演结果的影响等,对反演算法的抗噪性进行了量化。最后,本文对实测数据进行了噪声分析及处理。并利用实测数据对表面传热系数进行了反演。利用牛顿冷却公式对本文所研究的传热系数反演算法进行了验证。结果显示算法抗噪性良好,反演误差在8%以内。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK124

【参考文献】