非线性分布参数系统及冰热扩散系数辨识
发布时间：2021-11-23 04:14
随着全球气候变暖趋势的加剧,极区海冰以及高、中纬度和高海拔地区的冰盖作为全球气候系统的重要组成成分,受到了广泛的关注。相对于冰动力学研究而言,冰热力学机制的基础研究在气候变化中起的作用更为关键。本文主要以分布参数系统辨识理论和偏微分方程数值计算方法为手段,通过建立非线性分布参数系统辨识模型对海冰和淡水冰（湖冰和水库冰）热扩散系数开展深入研究。本研究分别基于南极中山站附近固定冰现场观测及冰芯采集数据、黑龙江省红旗泡水库和青藏高原北麓河热融湖观测数据辨识得到南极海冰热扩散系数与孔隙率关系以及湖冰和水库冰热扩散系数与温度之间的关系,对深入理解冰内热传递行为具有重要价值。本文研究工作所取得的主要结果可以概括如下：1.针对冰内热传递过程,构造含冰热扩散系数在内的一维冰热力学非线性分布参数系统,利用偏微分方程理论阐述系统的性质及弱解的存在唯一性条件。以冰热扩散系数为辨识参数,计算冰温与实测冰温的偏差为性能指标函数,建立非线性分布参数系统辨识模型,论证了该模型最优参数的存在性及最优性条件。所建立的参数辨识模型减小了之前文献中同时辨识海冰热传导系数、比热和密度多个物理参数的复杂性和不确定性。2.考虑到...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
已有文献中淡水冰热扩散系数变化曲线
非线性分布参数系统及冰热扩散系数辨识 为了研宄红旗泡水库冰热扩散系数变化情况，2008年12月中旬?2009年4月期间现观测了红旗泡水库冰的生消过程liTil,获得了一系列的气温(冰面之上150 cm)、冰温、温、太阳福射、风向、风速、冰厚、冰内晶体、气泡等数据。考虑到冰表面温差较大，随深度增加，温度梯度逐渐减小的温度分布特点，测量温度的传感器探头布放以冰面原点，依次为冰面以下2 cm、7 cm、12 cm、]7cm、32 cm、47 cm> 62 cm、77 cm、2 cm、107 cm、122 cm、152 cm、182 cm、212 cm、242 cm,力求用有限的温度探头大程度地测量到较为广泛且具有代表性的温度范围。由于我们主要侧重于研究冰内热递过程，因此这里主要讨论气温、冰温/水温以及太阳福射这些对水库冰热扩散系数影响较大的因素。温度数据的测量利用PT100型温度传感器(由德国.TUMO公司大连分公司产)，传感器精度为±0.1°C，分辨率为0.0]°C,采样时间间隔为1 min;福射数据的测量采用TRM-ZS1极地风向风速梯度监测记录仪，且分辨率为1 W/m2，采样的时间间隔仍为]min。
图5. 3 2009/1/5?2009/1/10水库气/冰温和总、反福射值的变化Fig.5.3 Variation of air/ice temperature and radiation data of Hongqipao Reservoir from5 January 2009 to 10 January 20095. 4. 2水库冰热扩散系数辨识在充分考虑到冰层内部冰温分布规律的前提下，依据红旗泡水库现场实测冰温数据，按层进行辨识计算，运用半隐式差分格式遗传优化算法进行数值计算(详细的差分格式和遗传算法步骤第4章4.4中已经给出，这里不再赘述)，辨识得到水库冰热扩散系数随温度变化的数据点(图5.4)。其中辨识的程序中，采用的时间和空间步长分别取10S和0.5 cm,保证了所构建的系统(5.10)的适用性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一类具有连续分布时滞的分布参数系统的反馈控制[J]. 高存臣,刘振,徐瑞萍. 控制与决策. 2013(03)
[2]寒区水库淡水冰导温系数的优化辨识[J]. 白乙拉,徐慧,李志军. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2013(02)
[3]淡水冰导温系数参数识别的应用[J]. 徐慧,白乙拉,李志军,王婉歆. 渤海大学学报(自然科学版). 2012(02)
[4]东南极中山站附近湖冰与固定冰热力学过程比较[J]. 雷瑞波,李志军,张占海,程言峰. 极地研究. 2011(04)
[5]Distributions of crystals and gas bubbles in reservoir ice during growth period[J]. Matti LEPPRANTA. Water Science and Engineering. 2011(02)
[6]水库冰冻期冰内温度的模拟[J]. 闫慧荣,刘文涛,冯民权,闵涛. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2010(05)
[7]大庆红旗泡水库冰内部组构观测方法[J]. 王国志,黄文峰,李志军,贾青. 黑龙江水专学报. 2009(04)
[8]基于模糊多目标的分布参数系统最优控制方法[J]. 王娜,胡超芳,杨煜普. 系统仿真学报. 2009(24)
[9]河冰力学性能试验研究[J]. 于天来,袁正国,黄美兰. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2009(06)
[10]水库淡水冰的晶体和气泡及密度特征分析[J]. 李志军,贾青,黄文峰,李长玉. 水利学报. 2009(11)
博士论文
[1]海冰热力学参数辨识及脊帆特征研究[D]. 谭冰.大连理工大学 2012
[2]冰层热力学生消过程现场观测和关键参数研究[D]. 雷瑞波.大连理工大学 2009
[3]海冰物理参数的辨识及热力学过程的数值模拟[D]. 吕巍.大连理工大学 2008
[4]非光滑分布参数系统参数辨识及其应用[D]. 白乙拉.大连理工大学 2006
[5]分布参数系统辨识与最优控制理论算法及应用[D]. 李春发.大连理工大学 2003
硕士论文
[1]海冰热力学系统解的稳定性及其最优化控制[D]. 李概.大连理工大学 2009
[2]三维北极海冰温度场的参数辨识与数值模拟[D]. 张丹.大连理工大学 2007
[3]北极海冰热力学系统的可变区域分解及动边界的辨识[D]. 蔡天鸣.大连理工大学 2006
本文编号：3513105
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
已有文献中淡水冰热扩散系数变化曲线
非线性分布参数系统及冰热扩散系数辨识 为了研宄红旗泡水库冰热扩散系数变化情况，2008年12月中旬?2009年4月期间现观测了红旗泡水库冰的生消过程liTil,获得了一系列的气温(冰面之上150 cm)、冰温、温、太阳福射、风向、风速、冰厚、冰内晶体、气泡等数据。考虑到冰表面温差较大，随深度增加，温度梯度逐渐减小的温度分布特点，测量温度的传感器探头布放以冰面原点，依次为冰面以下2 cm、7 cm、12 cm、]7cm、32 cm、47 cm> 62 cm、77 cm、2 cm、107 cm、122 cm、152 cm、182 cm、212 cm、242 cm,力求用有限的温度探头大程度地测量到较为广泛且具有代表性的温度范围。由于我们主要侧重于研究冰内热递过程，因此这里主要讨论气温、冰温/水温以及太阳福射这些对水库冰热扩散系数影响较大的因素。温度数据的测量利用PT100型温度传感器(由德国.TUMO公司大连分公司产)，传感器精度为±0.1°C，分辨率为0.0]°C,采样时间间隔为1 min;福射数据的测量采用TRM-ZS1极地风向风速梯度监测记录仪，且分辨率为1 W/m2，采样的时间间隔仍为]min。
图5. 3 2009/1/5?2009/1/10水库气/冰温和总、反福射值的变化Fig.5.3 Variation of air/ice temperature and radiation data of Hongqipao Reservoir from5 January 2009 to 10 January 20095. 4. 2水库冰热扩散系数辨识在充分考虑到冰层内部冰温分布规律的前提下，依据红旗泡水库现场实测冰温数据，按层进行辨识计算，运用半隐式差分格式遗传优化算法进行数值计算(详细的差分格式和遗传算法步骤第4章4.4中已经给出，这里不再赘述)，辨识得到水库冰热扩散系数随温度变化的数据点(图5.4)。其中辨识的程序中，采用的时间和空间步长分别取10S和0.5 cm,保证了所构建的系统(5.10)的适用性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一类具有连续分布时滞的分布参数系统的反馈控制[J]. 高存臣,刘振,徐瑞萍. 控制与决策. 2013(03)
[2]寒区水库淡水冰导温系数的优化辨识[J]. 白乙拉,徐慧,李志军. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2013(02)
[3]淡水冰导温系数参数识别的应用[J]. 徐慧,白乙拉,李志军,王婉歆. 渤海大学学报(自然科学版). 2012(02)
[4]东南极中山站附近湖冰与固定冰热力学过程比较[J]. 雷瑞波,李志军,张占海,程言峰. 极地研究. 2011(04)
[5]Distributions of crystals and gas bubbles in reservoir ice during growth period[J]. Matti LEPPRANTA. Water Science and Engineering. 2011(02)
[6]水库冰冻期冰内温度的模拟[J]. 闫慧荣,刘文涛,冯民权,闵涛. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2010(05)
[7]大庆红旗泡水库冰内部组构观测方法[J]. 王国志,黄文峰,李志军,贾青. 黑龙江水专学报. 2009(04)
[8]基于模糊多目标的分布参数系统最优控制方法[J]. 王娜,胡超芳,杨煜普. 系统仿真学报. 2009(24)
[9]河冰力学性能试验研究[J]. 于天来,袁正国,黄美兰. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2009(06)
[10]水库淡水冰的晶体和气泡及密度特征分析[J]. 李志军,贾青,黄文峰,李长玉. 水利学报. 2009(11)
博士论文
[1]海冰热力学参数辨识及脊帆特征研究[D]. 谭冰.大连理工大学 2012
[2]冰层热力学生消过程现场观测和关键参数研究[D]. 雷瑞波.大连理工大学 2009
[3]海冰物理参数的辨识及热力学过程的数值模拟[D]. 吕巍.大连理工大学 2008
[4]非光滑分布参数系统参数辨识及其应用[D]. 白乙拉.大连理工大学 2006
[5]分布参数系统辨识与最优控制理论算法及应用[D]. 李春发.大连理工大学 2003
硕士论文
[1]海冰热力学系统解的稳定性及其最优化控制[D]. 李概.大连理工大学 2009
[2]三维北极海冰温度场的参数辨识与数值模拟[D]. 张丹.大连理工大学 2007
[3]北极海冰热力学系统的可变区域分解及动边界的辨识[D]. 蔡天鸣.大连理工大学 2006
本文编号：3513105
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