二维辐射磁流体方腔流动与传热混合加强边界控制
发布时间：2020-01-25 23:55
【摘要】：本文研究二维直角坐标下方腔内辐射磁流体流动与传热的边界控制.以速度和温度一阶导数的L2范数作为混合衡量函数,设计一个边界反馈控制器,它能使混合衡量函数最大、使控制消耗和测量消耗最小.具体方法如下:首先,界定由动能和内能组成的能量函数;计算能量函数的时间导数,得出能量函数时间变化率与混合衡量函数的关系;给出由能量函数和混合衡量函数构成的性能指标上界;得到使性能指标最小的边界反馈控制器.然后,将温度边界反馈控制器作为温度边界条件,引入边界条件,通过配置点谱方法求解辐射传递方程,计算得到辐射源项和壁面热流.接下来,求解能量方程计算出温度场的状态变化,结合二步法以及谱投影算法,求解出压力状态变化.代入前面的结果,求解动量方程可以得到速度场的变化.最后,通过辐射磁流体力学计算程序验证了温度边界反馈控制器的有效性.
【图文】：
(a)=014791479141010147910101414790.30.40.20.10-0.1-0.2-0.3-0.40.30.40.20.1-0.10-0.2-0.3-0.4(b)=0147814781012111210478147810121112101(c)=10.30.40.20.10-0.1-0.2-0.3-0.40.30.40.20.10-0.1-0.2-0.3(c)=1本文结果Han［14］图1流线图(a，c)和等温线图(b，d)的比较Fig.1Comparisonsofstreamlines(a，c)andisotherms(b，d)流体温度趋于均匀．可以看出，边界反馈控制基本实现了增强混合的目的．采用不同散射反照率，，对比图1(c)和图2中，方腔内磁流体的流动强度和流线结构变化都很小，尤其是冷壁面附近的主要漩涡结构和强度均没有变化．对比图1(d)和图3中温度场，发现随着散射反照率增加，流体温度有3234567754223456789865467561094125489999988776543223456234563768109767图2未施加边界反馈控制的流线图Fig.2Streamlineswithoutimposingboundarycontrol0.40.40.40.30.30.30.200.20.20.10.10.10.200-0.1-0.1-0.2-0.1-0.2-0.2-0.2-0.3-0.3-0.3-0.4-0.4-0.4-0.2图3未施加边界反馈控制的等温线图Fig.3Isothermswithoutimposingboundarycontrol下降的趋势．7结论对二维辐射磁流体方腔流动与传热过程进行边界反馈控制的研究，加强了内部流体的混合．采用逆最优方法，得到边界控制的表达式．利用配置点谱方法，计算出稳态时横纵坐标的速度．根据反馈控制
0.40.20.10-0.1-0.2-0.3-0.40.30.40.20.1-0.10-0.2-0.3-0.4(b)=0147814781012111210478147810121112101(c)=10.30.40.20.10-0.1-0.2-0.3-0.40.30.40.20.10-0.1-0.2-0.3(c)=1本文结果Han［14］图1流线图(a，c)和等温线图(b，d)的比较Fig.1Comparisonsofstreamlines(a，c)andisotherms(b，d)流体温度趋于均匀．可以看出，边界反馈控制基本实现了增强混合的目的．采用不同散射反照率，对比图1(c)和图2中，方腔内磁流体的流动强度和流线结构变化都很小，尤其是冷壁面附近的主要漩涡结构和强度均没有变化．对比图1(d)和图3中温度场，发现随着散射反照率增加，流体温度有3234567754223456789865467561094125489999988776543223456234563768109767图2未施加边界反馈控制的流线图Fig.2Streamlineswithoutimposingboundarycontrol0.40.40.40.30.30.30.200.20.20.10.10.10.200-0.1-0.1-0.2-0.1-0.2-0.2-0.2-0.3-0.3-0.3-0.4-0.4-0.4-0.2图3未施加边界反馈控制的等温线图Fig.3Isothermswithoutimposingboundarycontrol下降的趋势．7结论对二维辐射磁流体方腔流动与传热过程进行边界反馈控制的研究，加强了内部流体的混合．采用逆最优方法，得到边界控制的表达式．利用配置点谱方法，计算出稳态时横纵坐标的速度．根据反馈控制表达式，得出了边界反馈控制的准确数值，施加在壁面．最后，用配置点谱方法耦合求解?
【图文】：
(a)=014791479141010147910101414790.30.40.20.10-0.1-0.2-0.3-0.40.30.40.20.1-0.10-0.2-0.3-0.4(b)=0147814781012111210478147810121112101(c)=10.30.40.20.10-0.1-0.2-0.3-0.40.30.40.20.10-0.1-0.2-0.3(c)=1本文结果Han［14］图1流线图(a，c)和等温线图(b，d)的比较Fig.1Comparisonsofstreamlines(a，c)andisotherms(b，d)流体温度趋于均匀．可以看出，边界反馈控制基本实现了增强混合的目的．采用不同散射反照率，，对比图1(c)和图2中，方腔内磁流体的流动强度和流线结构变化都很小，尤其是冷壁面附近的主要漩涡结构和强度均没有变化．对比图1(d)和图3中温度场，发现随着散射反照率增加，流体温度有3234567754223456789865467561094125489999988776543223456234563768109767图2未施加边界反馈控制的流线图Fig.2Streamlineswithoutimposingboundarycontrol0.40.40.40.30.30.30.200.20.20.10.10.10.200-0.1-0.1-0.2-0.1-0.2-0.2-0.2-0.3-0.3-0.3-0.4-0.4-0.4-0.2图3未施加边界反馈控制的等温线图Fig.3Isothermswithoutimposingboundarycontrol下降的趋势．7结论对二维辐射磁流体方腔流动与传热过程进行边界反馈控制的研究，加强了内部流体的混合．采用逆最优方法，得到边界控制的表达式．利用配置点谱方法，计算出稳态时横纵坐标的速度．根据反馈控制
0.40.20.10-0.1-0.2-0.3-0.40.30.40.20.1-0.10-0.2-0.3-0.4(b)=0147814781012111210478147810121112101(c)=10.30.40.20.10-0.1-0.2-0.3-0.40.30.40.20.10-0.1-0.2-0.3(c)=1本文结果Han［14］图1流线图(a，c)和等温线图(b，d)的比较Fig.1Comparisonsofstreamlines(a，c)andisotherms(b，d)流体温度趋于均匀．可以看出，边界反馈控制基本实现了增强混合的目的．采用不同散射反照率，对比图1(c)和图2中，方腔内磁流体的流动强度和流线结构变化都很小，尤其是冷壁面附近的主要漩涡结构和强度均没有变化．对比图1(d)和图3中温度场，发现随着散射反照率增加，流体温度有3234567754223456789865467561094125489999988776543223456234563768109767图2未施加边界反馈控制的流线图Fig.2Streamlineswithoutimposingboundarycontrol0.40.40.40.30.30.30.200.20.20.10.10.10.200-0.1-0.1-0.2-0.1-0.2-0.2-0.2-0.3-0.3-0.3-0.4-0.4-0.4-0.2图3未施加边界反馈控制的等温线图Fig.3Isothermswithoutimposingboundarycontrol下降的趋势．7结论对二维辐射磁流体方腔流动与传热过程进行边界反馈控制的研究，加强了内部流体的混合．采用逆最优方法，得到边界控制的表达式．利用配置点谱方法，计算出稳态时横纵坐标的速度．根据反馈控制表达式，得出了边界反馈控制的准确数值，施加在壁面．最后，用配置点谱方法耦合求解?
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