基于工程反问题原理的多元混合物成分检测方法研究及装置研制

摘要

混合制冷剂作为替代制冷剂已经在大型中央空调和新型家用空调中得到广泛使用，但是由于混合制冷剂的热力学循环效果对成分非常敏感，同时作为制冷剂回收关键问题的工业用混合制冷剂成分鉴定问题尚未解决，因此混合制冷剂工业回收在目前条件下无法实现。本文从工程反问题出发，在定压条件下利用测定的换热温度场计算混合物的热容和导热系数，利用计算的热容和导热系数与成分之间的关系求解出混合物的成分，从而使混合制冷剂组分鉴定和工业回收成为可能。
　　热力学中温度、压力和体积是可测物理量。对于简单热力学系统，热力学问题完全可以由这三个基本参量表示，这使得热力学反问题成为反问题研究的热点。在20世纪上半叶，反问题得到了广泛的研究，前苏联院士Tikhonov给出了具有优异计算效果的Tikhonov变分正则法，从而使反问题的工程应用成为可能。常用的反问题方法包括Tikhonov变分正则方法、正则化拟线性迭代方法（如newton方法或共轭梯度方法）等。此外，针对共轭梯度误差进行控制的残差法、概率方法和蒙特卡洛方法也得到深入的研究和应用。在实际应用中，正则化方法相对于蒙特卡洛方法具有更好的速度响应，相对于概率方法其测量过程更为简单且不需要大量重复实验数据，因此成为大多数反问题的首选。
　　利用制冷剂各成分的热物性参数模拟混合制冷剂整体的导热系数和热容，是混合型制冷剂物性研究的核心内容之一。常见的拟合方法有很多，但目前所有的拟合方法均利用各成分的热参数并结合各成分比例进行模拟，因此这些拟合公式的逆过程并不闭合，并且都是实验测定的经验公式。由于这些公式对应的数据不足，不能列出闭合的热物性参数与成分参数关联的方程组，因此目前并没有利用这些公式逆向求解成分的具体方法。
　　本文以热参数反问题理论和求解不定方程为基础，以测量的换热温度为原始数据，求解得到混合物在不同温度下的热物性参数，利用不同温度下混合物热物性参数的值求解得到混合制冷剂的具体成分，为工业用混合制冷剂检测提供一种具体可行的测定方法，并开发出相应的具有工程实用性的检测设备。

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1 前言

1.1论文研究的背景及意义

1.2反问题研究现状

1.3本文主要工作

2利用温度场求解混合物组分的理论方法

2．1对流换热模型及求解过程

2.2估算热物性参数的反问题方法

2.3估算热参数求解成分组分

2.4一维非稳态模型精度分析

2.5本章小结

3理论方法的误差分析

3.1测量误差分析

3.2理论计算误差控制分析

3.3本章小结

4 实验分析及设备

4.1常温验证实验分析

4.2 R407C验证实验及其分析

4.3整体的监控系统

4.4本章小结

5结论与展望

5.1主要结论

5.2展望

参考文献

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