改进型瞬态平面热源法的实验研究

发布时间：2017-10-08 17:22

  本文关键词：改进型瞬态平面热源法的实验研究

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【摘要】：导热系数是材料的重要热物性参数之一,广泛应用于建筑节能、石油化工、航空航天等领域中,准确快速的测量导热系数对材料的使用意义重大。瞬态平面热源法是导热系数的测量方法之一,具有测量范围广、时间短、试件容易制备等优点;但受环境温度及电源波动、接触热阻等的影响,测量精度较低。本文以瞬态平面热源法为基础,建立了固体导热系数的BP神经网络模型,并用L-M算法替代传统BP算法,旨在进一步提高测量精度。主要完成以下工作:理论分析了半无限大物体的瞬态导热过程,得到了探头表面的温升表达式;简述了改进型TPS法的测量原理,推导出了导热系数的计算公式,并分析了测量误差的主要来源;介绍了热电阻的测温原理,探头选材及尺寸设计、试件加工制作的过程等,设计探头半径r=6.4mm、厚h=60μm,试件最小直径和最小厚度分别为4.4r、1.2r;介绍了稳流直流电源的基本原理,并根据设计要求,选定Agilent E3642A型直流电源为辅助加热电源。对设计的探头、采样电阻进行标定和校准;用C-Therm TCi导热仪,对磷青铜、铝金属、Pyrex玻璃、LAF 6720泡沫及微晶玻璃等材料进行测量;以加热功率、加热时间、密度、环境温度、电压变化(或电压变化率)及温升(或温升速率)为关键输入变量,建立了固体导热系数的BP网络模型,并用MATLAB7.5完成对网络的创建、训练及检验等过程。实验结果:模型1、模型2、模型3的相对误差分别为≤3.5%、≤2%、≤10%,表明模型2的网络结构比模型1、模型3的好,以模型2为参考建立的固体导热系数的BP网络模型值得推荐;也表明,用BP网络的方法来减小TPS法相对误差的实验方案是可行的;输入变量对网络的性能影响很大。
【关键词】：导热系数 瞬态导热 接触热阻 TPS法 BP神经网络 L-M算法
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 引言12-14
• 1.1.1 热传导基本特性12-13
• 1.1.2 导热系数的测量13-14
• 1.2 瞬态平面热源法现状分析14-15
• 1.2.1 瞬态平面热源法简介14-15
• 1.2.2 瞬态平面热源法应用现状15
• 1.2.3 瞬态平面热源法存在的问题15
• 1.3 人工神经网络简介15-19
• 1.3.1 人工神经网络发展史15-16
• 1.3.2 神经网络模型16-19
• 1.4 ANN在导热系数测量中的应用19-20
• 1.5 论文各章节的主要内容安排20-22
• 第2章 TPS测量原理22-35
• 2.1 概述22
• 2.2 半无限大物体的瞬态导热22-27
• 2.2.1 基本概念22-25
• 2.2.2 方程求解25-27
• 2.3 TPS探头测量模型简介27-31
• 2.3.1 基本原理27-28
• 2.3.2 理想模型的建立28
• 2.3.3 理想模型的求解28-31
• 2.4 误差分析31-33
• 2.4.1 测试材料的影响31-32
• 2.4.2 接触热阻的影响32
• 2.4.3 测试设备的影响32
• 2.4.4 校正方法的影响32-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第3章 TPS法测固体导热系数的BP网络模型35-48
• 3.1 概述35
• 3.2 BP神经网络原理35-40
• 3.2.1 BP网络的结构35-37
• 3.2.2 BP算法的基本原理37-38
• 3.2.3 BP网络计算过程38-39
• 3.2.4 BP网络的性能评价39-40
• 3.3 BP网络存在的问题及改进40-41
• 3.3.1 BP网络存在的问题40
• 3.3.2 BP算法的改进方法40-41
• 3.4 MATLAB神经网络工具箱简介41-45
• 3.4.1 MATLAB简介41-42
• 3.4.2 神经网络工具箱简介42-45
• 3.4.3 图形用户界面简介45
• 3.5 固体导热系数的BP网络模型45-47
• 3.5.1 关键输入参数分析45-46
• 3.5.2 BP网络结构参数的设计46
• 3.5.3 样本问题46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 实验测量设备简介48-58
• 4.1 概述48
• 4.2 C-Therm TCi导热仪简介48-50
• 4.3 TPS探头的设计50-54
• 4.3.1 热电阻传感器基本原理50-52
• 4.3.2 探头设计52-54
• 4.4 测量桥路的设计54-55
• 4.5 稳流直流电源55-56
• 4.6 计算机配置56
• 4.7 其它必需设备56-57
• 4.8 本章小结57-58
• 第5章 实验研究与结果分析58-70
• 5.1 实验材料准备58
• 5.2 仪器的标定与校准58-62
• 5.2.1 探头的标定58-61
• 5.2.2 采样电阻的校准61-62
• 5.3 实验结果与数据分析62-69
• 5.3.1 实验数据整理62-64
• 5.3.2 网络模型的训练、验证及结果分析64-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第6章 总结与展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 附表 176-78
• 附表 278-80
• 附表 380-82
• 附表 482-84
• 附表 584-86
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况86

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本文编号：995329