激光辐照下含异质体半透明介质光热参数场重建
发布时间：2023-04-30 01:31
半透明介质广泛存在于航天器热防护材料、火箭发动机羽流、炉膛火焰、涡轮发动机耐高温组件等多个领域,日常生活中的水、玻璃、空气、生物组织等也都属于半透明介质的范畴。介质的光/热特性是光辐射传输分析、传热过程计算的理论前提,然而在很多情况下光/热特性无法直接测量,需要采用最优化理论重建得到。半透明介质光/热参数场重建对于半透明材料无损检测、生物组织医学成像、高温火焰燃烧诊断等具有重要的实际应用价值,深入开展半透明介质多宗量场重建研究具有深远的科学意义和广阔的应用前景。然而,目前在半透明介质光学参数场重建方面,仍存在成像质量差、计算效率低等问题,建立高效准确的光学参数场重建模型仍是目前亟待解决的技术难题。在光热参数场同时重建方面,目前国内外研究较为欠缺,测量信号关于光学参数和热物性参数敏感度相差较大导致同时重建误差大的问题尚未解决,亟需建立准确稳定的光热参数场同时重建模型。本文从激光与半透明介质的相互作用出发,对超短脉冲激光作用下半透明介质光学参数重建、脉冲激光加热下半透明介质光热参数同时重建及调制激光激励下半透明介质光热参数场快速同时重建进行系统的研究与分析。具体研究内容包括以下五个方面:首...
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号表
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究状况
1.2.1 超短脉冲激光在半透明介质内的辐射传输机理研究
1.2.2 激光作用下半透明介质内的辐射导热耦合换热研究
1.2.3 辐射传输及耦合换热反问题研究
1.2.4 半透明介质光/热参数场重建实验研究
1.3 本文主要研究内容
第2章 求解辐射反问题的最优化理论
2.1 引言
2.2 基于随机搜索的群体智能优化算法
2.2.1 磷虾群算法
2.2.2 群居蜘蛛优化算法
2.2.3 常用智能算法比较
2.3 基于目标函数求导的梯度优化算法
2.3.1 共轭梯度法
2.3.2 重启动共轭梯度法
2.3.3 序列二次规划算法
2.4 本章小结
第3章 超短脉冲激光作用下半透明介质光学参数重建
3.1 引言
3.2 半透明介质内瞬态辐射传输模型
3.2.1 时域辐射传输模型
3.2.2 频域辐射传输模型
3.3 均匀半透明介质光学参数重建
3.3.1 均匀光学参数重建模型
3.3.2 正问题求解模型验证
3.3.3 光学参数敏感度分析
3.3.4 光学参数重建
3.4 非均匀半透明介质光学参数场重建
3.4.1 基于频域辐射传输伴随差分方法的光学参数场重建
3.4.2 基于频域辐射传输伴随方程方法的光学参数场重建
3.4.3 基于时域辐射传输伴随方程方法的光学参数场重建
3.5 本章小结
第4章 脉冲激光加热下半透明介质光热参数同时重建
4.1 引言
4.2 半透明介质内辐射导热耦合换热模型
4.3 均匀半透明介质光热参数同时重建
4.3.1 均匀光热参数同时重建模型
4.3.2 参数无量纲化
4.3.3 光热参数敏感度分析
4.3.4 光热参数同时重建
4.4 非均匀半透明介质光热参数场同时重建
4.4.1 光热参数场同时重建模型
4.4.2 敏感度分析
4.4.3 多阶段优化策略
4.4.4 多阶段优化重建结果与分析
4.5 本章小结
第5章 调制激光激励下半透明介质光热参数快速重建
5.1 引言
5.2 锁相热成像技术
5.2.1 基本原理
5.2.2 热波信号幅值和相位提取
5.3 锁相定位重建方法
5.4 锁相定位重建结果与分析
5.4.1 锁相定位重建模型
5.4.2 光热参数场快速重建
5.4.3 异质体参数影响分析
5.4.4 强散射性半透明介质光热参数场重建
5.5 多孔陶瓷材料光热参数场重建
5.6 本章小结
第6章 半透明介质光热参数场重建实验研究
6.1 引言
6.2 实验系统介绍
6.2.1 激光热源激励系统
6.2.2 光热信号采集系统
6.2.3 热波信号分析处理系统
6.2.4 测量平台及实验步骤
6.3 半透明介质光热参数场重建
6.3.1 物理模型描述
6.3.2 介质表面发射率测量
6.3.3 异质体尺寸影响研究
6.3.4 光热参数场重建结果
6.3.5 异质体光热特性和空间位置联合重建
6.3.6 圆形异质体光热参数重建
6.4 本章小结
结论
论文的创新之处
后续工作的展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及成果
致谢
个人简历
本文编号：3806145
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号表
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究状况
1.2.1 超短脉冲激光在半透明介质内的辐射传输机理研究
1.2.2 激光作用下半透明介质内的辐射导热耦合换热研究
1.2.3 辐射传输及耦合换热反问题研究
1.2.4 半透明介质光/热参数场重建实验研究
1.3 本文主要研究内容
第2章 求解辐射反问题的最优化理论
2.1 引言
2.2 基于随机搜索的群体智能优化算法
2.2.1 磷虾群算法
2.2.2 群居蜘蛛优化算法
2.2.3 常用智能算法比较
2.3 基于目标函数求导的梯度优化算法
2.3.1 共轭梯度法
2.3.2 重启动共轭梯度法
2.3.3 序列二次规划算法
2.4 本章小结
第3章 超短脉冲激光作用下半透明介质光学参数重建
3.1 引言
3.2 半透明介质内瞬态辐射传输模型
3.2.1 时域辐射传输模型
3.2.2 频域辐射传输模型
3.3 均匀半透明介质光学参数重建
3.3.1 均匀光学参数重建模型
3.3.2 正问题求解模型验证
3.3.3 光学参数敏感度分析
3.3.4 光学参数重建
3.4 非均匀半透明介质光学参数场重建
3.4.1 基于频域辐射传输伴随差分方法的光学参数场重建
3.4.2 基于频域辐射传输伴随方程方法的光学参数场重建
3.4.3 基于时域辐射传输伴随方程方法的光学参数场重建
3.5 本章小结
第4章 脉冲激光加热下半透明介质光热参数同时重建
4.1 引言
4.2 半透明介质内辐射导热耦合换热模型
4.3 均匀半透明介质光热参数同时重建
4.3.1 均匀光热参数同时重建模型
4.3.2 参数无量纲化
4.3.3 光热参数敏感度分析
4.3.4 光热参数同时重建
4.4 非均匀半透明介质光热参数场同时重建
4.4.1 光热参数场同时重建模型
4.4.2 敏感度分析
4.4.3 多阶段优化策略
4.4.4 多阶段优化重建结果与分析
4.5 本章小结
第5章 调制激光激励下半透明介质光热参数快速重建
5.1 引言
5.2 锁相热成像技术
5.2.1 基本原理
5.2.2 热波信号幅值和相位提取
5.3 锁相定位重建方法
5.4 锁相定位重建结果与分析
5.4.1 锁相定位重建模型
5.4.2 光热参数场快速重建
5.4.3 异质体参数影响分析
5.4.4 强散射性半透明介质光热参数场重建
5.5 多孔陶瓷材料光热参数场重建
5.6 本章小结
第6章 半透明介质光热参数场重建实验研究
6.1 引言
6.2 实验系统介绍
6.2.1 激光热源激励系统
6.2.2 光热信号采集系统
6.2.3 热波信号分析处理系统
6.2.4 测量平台及实验步骤
6.3 半透明介质光热参数场重建
6.3.1 物理模型描述
6.3.2 介质表面发射率测量
6.3.3 异质体尺寸影响研究
6.3.4 光热参数场重建结果
6.3.5 异质体光热特性和空间位置联合重建
6.3.6 圆形异质体光热参数重建
6.4 本章小结
结论
论文的创新之处
后续工作的展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及成果
致谢
个人简历
本文编号：3806145
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