相变传热边界热流反演及相界面重构

发布时间：2023-11-24 18:01

　　相变传热广泛存在于冶金、铸造、相变温控、相变蓄热以及生物冷冻等工程技术领域。研究相变材料内部的温度场以及相变界面的时空演变规律,对于相变传热系统的优化设计及运行控制等均具有十分重要的意义。获得相变传热边界条件是建立相变传热系统温度场和掌握相变界面演变规律的前提。由于相变传热系统内部边界热流难以直接测量,采用传热学反问题方法反演相变传热系统的边界热流,并重构传热系统的温度场和相变界面的演变规律,是一种比较有效的技术方案。本文结合熔料堆相变传热过程,研究了二维相变传热边界热流的反演及相边界重构问题。主要工作包括:(1)建立了二维相变传热过程的数学模型,采用焓法对该传热过程的相变潜热进行处理,利用有限容积法对导热微分方程进行离散,通过数值仿真实验分析了热边界条件对传热系统温度场和相界面时空演变规律的影响,并讨论了网格划分对模拟结果的影响。(2)在相变传热过程数值模拟的基础上,利用共轭梯度法(CGM)建立了二维相变传热边界热流的反演方案。进一步根据边界热流的反演结果重构相变传热系统的瞬态温度场和相变界面的时空演变规律。通过数值仿真试验,获得了在不同瞬态分布边界热流等条件下的反演结果以及相变界面...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 课题背景
        1.1.1 相变传热在加工工业领域的应用
        1.1.2 相变传热在储能领域的应用
        1.1.3 相变传热在控温领域的应用
        1.1.4 相变传热在高温冶金行业的应用
    1.2 相变传热简介
    1.3 相变传热过程国内外研究现状
    1.4 传热学反问题及共轭梯度法
        1.4.1 传热学反问题的研究方法
        1.4.2 基于共轭梯度法的传热学反问题
    1.5 本文的研究目的和研究内容
2 相变传热系统温度场的数值求解
    2.1 引言
    2.2 二维相变传热系统温度分布数学模型
    2.3 常用数值方法简介
    2.4 相变传热系统导热微分方程的离散
        2.4.1 相变传热系统区域离散方法
        2.4.2 二维相变传热系统导热微分方程的离散
    2.5 二维相变传热系统温度场求解
        2.5.1 数值计算所需参数
        2.5.2 温度场的求解
    2.6 网格无关性验证
    2.7 二维相变传热系统温度场影响因素分析
    2.8 本章小结
3 基于共轭梯度法的二维相变传热系统边界热流反演
    3.1 引言
    3.2 最优化方法
        3.2.1 最优化概述
        3.2.2 最速下降法
        3.2.3 共轭梯度法
    3.3 二维相变传热系统边界热流的反演模型
        3.3.1 相变传热反问题的目标函数
        3.3.2 基于共轭梯度法的二维相变传热系统边界热流反演
        3.3.3 停止迭代条件
        3.3.4 边界热流反演基本流程
    3.4 数值试验及讨论
        3.4.1 共轭梯度法反演方案可行性分析
        3.4.2 不同测量误差对反演结果的影响
        3.4.3 测点数目对反演结果的影响
        3.4.4 初始猜测值对反演结果的影响
    3.5 本章小结
4 熔料堆边界热流反演及相界面重构
    4.1 引言
    4.2 熔料堆相变传热过程模型
    4.3 数值试验及讨论
        4.3.1 数值试验条件
        4.3.2 不同测量误差对反演结果的影响
        4.3.3 测点数目对反演结果的影响
        4.3.4 初始猜测值对反演结果的影响
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录
    A.作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目



本文编号：3866315