基于变论域模糊推理的非稳态传热学反问题研究

发布时间：2017-09-19 00:19

  本文关键词：基于变论域模糊推理的非稳态传热学反问题研究

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【摘要】：传热学反问题(Inverse Heat Transfer Problem,IHTP)根据传热系统的部分温度输出信息反求系统的某些未知特征量(如热物性参数、边界条件、几何条件及输入源项等),是一类典型的反演课题。传热学反问题的应用广泛存在于能源动力、航空航天、建筑环境、生物医学、无损探伤等工程领域。模糊推理是建立在模糊集合理论基础上,用语言规则描述知识和经验,并结合先进的计算机技术,模仿人类思维进行判决的不确定推理方法和计算框架。将分散模糊推理(Decentralized Fuzzy Inference,DFI)运用于稳态传热过程反问题,表现出较好的抗不适定性。本文在已有研究成果的基础上,尝试采用分散模糊推理方法研究非稳态传热学反问题,主要研究工作包括:(1)以一维非稳态平板传热模型的边界热流反演问题为例,建立了基于顺序函数法(Sequential Function Specification Method,SFSM)的传热学反问题模型。通过数值仿真试验,讨论了未来时间步、温度测量误差以及测点位置等因素对反演结果的影响。在此基础上,总结了SFSM求解传热学反问题存在的局限性。(2)针对SFSM求解传热学反问题的局限性,建立了非稳态传热学反问题的分散模糊推理方法。该方法首先根据tk1-时刻系统的温度,求解零输入时在未来时间步R内测点的温度计算值。构造一组分散模糊推理单元,利用测点在未来时间步R内的温度计算值和测量值的偏差,通过分散模糊推理得到一组模糊推理分量,然后利用综合协调矩阵对模糊推理分量进行加权综合,获得非稳态传热系统待反演参数的当前估计值,实现非稳态传热系统的模糊反演。(3)当系统的热边界条件发生显著变化时,测点处的瞬时温度计算值和测量值的偏差可能存在较大变化。针对该问题,设计了一种变论域的分散模糊推理方案,根据偏差向量元素的最大绝对值在线调整模糊推理单元的输入论域,保证了非稳态传热反问题模糊推理单元的输入和模糊子集的匹配性以及模糊规则的有效性。(4)研究了非稳态传热学反问题分散式模糊推理系统中分散模糊推理分量的综合协调问题,构造了一种基于非稳态传热过程灵敏度系数的综合加权矩阵。在上述工作基础上,建立了非稳态传热学反问题的变论域分散模糊推理方法(DFI Method Based on Variable Universe,VDFI)。(5)采用VDFI方法分别研究了一维非稳态导热和二维非稳态导热边界热流的反演问题,讨论了未来时间步、温度测量误差以及测点位置等条件对反演结果的影响,并与SFSM进行了比较。结果表明,相对SFSM,VDFI能够明显降低反演结果对未来时间步的依赖性,减弱测点位置对反演结果的影响,对测量误差的敏感程度得到降低,具有一定的抗干扰能力。
【关键词】：非稳态传热 反问题 变论域 分散模糊推理
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 传热学反问题工程背景9-11
• 1.2 传热学反问题的研究方法及研究现状11-15
• 1.2.1 Tikhonov正则化方法11-12
• 1.2.2 优化技术的求解方法12-15
• 1.2.3 顺序函数法15
• 1.3 传热学反问题的模糊推理方法15-16
• 1.4 本文的主要工作16-17
• 2 非稳态传热学反问题的顺序函数法及主要问题17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 顺序函数法17-19
• 2.2.1 非稳态传热学反问题的问题描述17-18
• 2.2.2 非稳态传热反问题的顺序函数法18-19
• 2.3 基于顺序函数法的一维非稳态平板边界热流反演19-25
• 2.3.1 一维平板传热的数学模型19-20
• 2.3.2 有限差分法和三对角阵算法20-21
• 2.3.3 利用顺序函数法反演平板边界热流21-22
• 2.3.4 数值实验及其结果讨论22-25
• 2.4 小结25-27
• 3 模糊推理基础知识27-35
• 3.1 引言27
• 3.2 模糊集合27-28
• 3.3 模糊推理系统28-35
• 3.3.1 模糊化28-30
• 3.3.2 知识库30-31
• 3.3.3 模糊推理31-32
• 3.3.4 解模糊化32-35
• 4 非稳态传热学反问题的变论域分散模糊推理方法35-43
• 4.1 引言35
• 4.2 非稳态传热学反问题的问题描述35
• 4.3 非稳态传热学反问题的变论域分散模糊推理系统35-43
• 4.3.1 变论域分散模糊反演系统的结构35-36
• 4.3.2 模糊推理过程36-38
• 4.3.3 分散模糊推理的变论域思想38-39
• 4.3.4 模糊推理分量的综合加权39-43
• 5 基于变论域分散模糊推理的非稳态边界热流反演43-67
• 5.1 引言43
• 5.2 基于变论域分散模糊推理的一维非稳态边界热流反演43-53
• 5.2.1 一维平板传热的数学模型43
• 5.2.2 一维平板传热过程的正问题与反问题43
• 5.2.3 边界热流的变论域模糊反演43-48
• 5.2.4 数值实验及其结果讨论48-53
• 5.3 基于变论域分散模糊推理的二维非稳态边界热流反演53-66
• 5.3.1 二维平板传热的数学模型53
• 5.3.2 二维平板传热传热过程的正问题与反问题53-54
• 5.3.3 边界热流的变论域模糊反演54-59
• 5.3.4 数值实验及其结果讨论59-66
• 5.4 小结66-67
• 6 总结与展望67-69
• 6.1 主要结论67
• 6.2 后继研究工作的展望67-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-76

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本文编号：878382