导热反问题

摘要： 以二维圆管为研究对象,基于有限元法的导热正问题(direct heat conduction problem, DHCP)以及基于列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt, L-M)算法的优化方法来构建二维稳态导热反问题数学模型,通过关联COMSOL与MATLAB对圆管内壁腐蚀减薄和污垢增厚两类缺陷进行了定量识别。为了探究模型的有效性与精确性,分别设定了几种典型缺陷进行数值计算,并系统地分析了初值选取、管道外表面测温点数目及测温误差对反演精度的影响。数值实验结果表明该模型能够准确地识别圆管内壁面的两类缺陷,且具备良好的稳定性与抗噪性。

摘要： 针对复杂的第三类周期性阶梯型边界条件,基于Tikhonov正则化方法,通过求解极坐标下的二维导热反问题,建立了计算空心圆柱体钢坯表面换热系数分布的热物理模型.考虑计算结果的精确性与稳定性,提出'斜率法'以选取正则化系数.利用数值仿真验证了斜率法的适用性,计算结果中R2值为0.998;将斜率法应用于实验数据中,计算结果与预期相符合.结果 表明,斜率法很好的平衡了解的精确性与稳定性,可以有效解决导热反问题的不适定性问题.

摘要： 以二维圆管为研究对象,基于控制容积积分法的导热正问题以及基于共轭梯度法的优化算法来构建二维瞬态导热反问题数学模型,分别采用Gauss-Seidel点迭代法与托马斯算法(tridiagonal matrix algorithm,TDMA)线迭代法对导热正问题离散方程进行求解.为了探究Gauss-Seidel点迭代法与TDMA线迭代法两种模型的精确性与时效性,设定了3种内壁面温度变化规律,以正问题所得到的外壁面温度值作为导热反问题的输入条件,并引入标准正态随机测量误差,探讨测量误差对反演结果精度的影响.数值试验证明了两种方法反演的精确性和抗噪性,且对比结果表明TDMA线迭代法的求解速度要优于Gauss-Seidel点迭代法,能够较快地反演得到内壁面温度波动值.

摘要： 为准确评估管道热疲劳效应、减少因管道热疲劳导致核电厂机械设备故障失效事件,提出了一种快速求解圆管二维热传导反问题、间接获取管道内部温度的方法.将半圆管划分为若干个控制体,列出时间上的常微分方程,通过时间和空间变量分离进行内部温度求解.该方法利用了空间滤波和时间线性拟合,不需要假设初值和迭代计算,可以在不破坏管道的情况下快速获取内壁温度.同时,利用数值和试验验证了该算法的准确性和精度.在此基础上,对时间步长、测点布置数量等方面进行深入分析,给出了离线和在线监测工程应用场景解决方案.该方案已经在"华龙一号"机组上开展实际工程应用.其应用结果为该方法在后续批量化的"华龙一号"机组建设提供示范参考.同时,该方法也可用于在运核电厂高温管道的热疲劳分析,为核电厂老化延寿提供数据支持,提高了核电厂的经济性.

摘要： 本文利用顺序函数法(SFSM)对二维圆管内近壁面流体温度和对流换热系数进行快速反演.通过数值实验验证了导热反问题程序的精确性,探讨了测量噪声对反演结果的影响.结果表明:该方法能精确反演得到圆管近壁面流体温度和对流换热系数;当存在测量噪声时,反演值在真实值之间来回波动,波幅随测量噪声的增大而略有增大.在有或无测量误差条件下,近壁面流体温度的反演平均相对误差均在1％ 左右,而对流换热系数的反演精度略差一些,其平均相对误差均小于20％,说明该反演程序具有一定的抗噪性.

摘要： 为确定煤矿冷冻取心过程所需合理冷冻剂量,对取心管取心过程管壁温度变化特性研究是解决此问题的关键.使用自主研发的取心管自动测温装置,分别进行了取心深度为5、20、40 m下取心管管壁温度测试(下管阶段、切削阶段和退钻阶段).通过建立取心管管壁传热模型,基于顺序函数法求解二维非稳态导热反问题,验证并分析了取心过程管壁温度变化规律.研究结果表明:在下管阶段,取心深度较大(40 m)时,存在取心管快速升温的现象;在切削阶段,不同取心深度下,取心管温度均在切削进行一段时间后开始迅速升高,切削结束时升至最高值;在退钻阶段,取心管温降速度基本相同,处于一个缓慢降温的状态;利用顺序函数法求解重构的取心管管壁模拟温度与现场实测温度吻合良好,误差小.研究结果可为煤层瓦斯含量测定低温冷冻取心装置的开发提供参考.

摘要： 温度敏感涂料(temperature-sensitive paint,TSP)可以实现高空间分辨率的温度测量.基于时间解析温度数据计算热流密度是典型的导热反问题.基于一维双层导热模型,通过解析或数值求解的方法计算热流密度,是上述问题的通用解法.在工程应用中,可根据试验工况简化一维双层导热模型,采用更简便的方法进行热流计算.TSP测量热流的精度受涂料厚度、TSP测温真实位置和材料热物性变化等因素影响,相应地可以在涂料设计、物理建模以及计算方法等方面进行完善,提高TSP热流测量的精度.TSP热流测量在暂冲式和激波式两类高超声速风洞中均已得到成功应用,文章结合两个应用实例对工程应用中的挑战与对策进行了讨论.

摘要： 航天器在轨运行期间,外表面热流对其热保护系统影响很大。为了防止航天器因外部热流的影响导致热控制系统故障,要对航天器外热流进行估计。但对热流直接测量是不易的,因此通过反演方法对航天器外热流进行辨识。首先,利用航天器外表面温度的测量值,建立了反演航天器在轨瞬态外热流的数学模型;其次,为了克服不适定性和加快算法收敛速度提出了基于偏差原则的谱共轭梯度算法,偏差原则可以消除反问题的不适定性,谱共轭梯度算法可以加快算法的收敛速度;最后,通过数值仿真试验对基于偏差原则的谱共轭梯度法的反演效果进行了检验。当测量值中加入2%的测量误差后,反演值与真实值的最大相对偏差为3. 68%,反演方法克服了反问题的不适定性。与共轭梯度算法相比,谱共轭梯度算法明显减少迭代次数。

摘要： 在地源热泵技术应用过程中,地下岩土体热物性参数是影响地源热泵系统设计与运用的重要因素,地下岩土体的热工参数测量是急需解决的关键问题.本文运用非稳态导热反问题的原理,通过建立地埋管的圆柱热源模型,并利用单纯形算法对地下岩土体的物性参数进行辨识.通过代入实验数据,对该算法进行验证.结果表明利用导热反问题原理辨识地下岩土体的物性参数是可行的.

摘要： 基于导热反问题,本文建立了骨磨削过程中瞬时移动边界热流的反演方法.建立骨磨削过程的有限元传热模型以数值求解骨头温度场.进一步,以骨表面的温度测量结果为输入信息,利用顺序函数法(sequential function specification method,SFSM)反演获得瞬时移动热流.数值实验验证了本文方法的可行性.结果表明,本文方法对不同形式的热流均能获得准确的反演结果.当测量误差较大时,合理布置测点和优化未来时间步r的取值可提高顺序函数法抗不适定的能力.

摘要： 本文采用共轭梯度法求解了稳态条件下的二维边界形状导热反问题.数学模型控制方程采用有限容积法离散,网格生成采用区域扩充法,应用c#语言编写了数值计算程序,利用计算得到的节点温度值作为测点温度,以此作为反问题的输入条件来反推边界形状曲线.模拟结果表明,在常物性条件下反演结果与真实值吻合度极高,分别考察了热导率、初始猜测曲线和测点数对其反演结果的影响,并进一步分析了在变物性和多层壁结构下该方法的可行性。

摘要： 针对寻源导热反问题，在蚁群系统基础上，引入了优化排序机制与初始蚂蚁均匀分布机制，建立了收敛速度更为快速及搜索解更为准确的蚁群系统模型。通过数值计算表明：优化排序机制能够提高解元素之间的差异，使搜索更为快速地集中到最优解附近，加快了蚂蚁搜索收敛速度；初始蚂蚁均匀分布机制，能够使蚁群在第一次全局循环后更为准确地反映了求解域内解的整体情况，从而更有效地指导蚂蚁之后的路径搜索。

摘要： 本文基于顺序函数法（Sequential Function Specification Method,SFSM），通过求解二维非稳态导热反问题建立了预测钢坯加热过程中边界热流的热模型。利用有限容积法获得加热过程钢坯表面和中心温度分布。利用仿真试验验证本文所提出的模型，并讨论了测量误差对反演结果的影响。结果表明，本文方法可以准确预测钢坯上表面和侧面随时间变化的热流分布。当测量误差较大时，可利用残差原理确定SFSM中未来时间步的最优值ropt,以抑制反问题的不适定性，改善反演效果。

摘要： 本文研究连铸二冷气雾冷却-维非稳态导热过程,由铸坯内部单个测温点测得的温度值反算表面未知温度和表面热流密度为数学模型,利用热平衡法建立各节点差分方程,引入灵敏度系数,通过牛顿迭代法优化假设初始值.分析了连铸二冷过程中喷嘴呈角度喷射铸坯表面温度与热流密度的变化规律,发现各个位置的传热机理有很大不同.

摘要： 本文利用粒子群算法求解导热反问题,反演热源强度及导热系数.首先通过GAMBIT软件对所要计算的区域进行有限单元网格划分,利用粒子群算法在对应于热源强度及导热系数的二维求解空间搜索,所得结果代入导热正问题,采用有限元方法求解.根据目标函数值的大小来调整粒子在求解空间中的位置,并得到最终结果.通过数值计算表明,粒子群算法所反演得到的热源强度及导热系数与真实值误差极小,适用于解决本文所讨论的问题。

摘要： 喷雾冷却有望用于飞行器地面热环境模拟装置，获得其不同工况下的热流密度变化规律是对冷却过程进行控制的基础，而热流密度在实验中需要由被冷却脆性材料平板的表面温度测量值计算获得，即构成了导热反问题。本文对该问题进行了简化和建模，以有限差分法为基础，将粒子群算法用于求解具有幂级数形式表达式的热流密度，给出了一种将导热反问题转化为优化问题进行求解的方法。数值模拟的结果表明，该方法可以较准确地预测热流密度随时间的变化规律，在存在一定的温度测量误差的情况下也具有较高的精度，较为适用于大热流密度条件下的喷雾冷却过程。

摘要： 目前，由于传热反问题计算的复杂性，对试件内部缺陷形状的识别研究多局限在单一、简单的缺陷上，而对复杂多缺陷形状识别的研究则较少。本文通过将几何形状的识别问题转化为导热系数分布的寻优问题，以试件检测表面的温度分布为判别依据，利用人工免疫算法中的克隆选择算法，研究了试件内部复杂多缺陷的识别问题。数值实验表明该方法不仅大大降低了缺陷识别的复杂性，同时也是解决内部多缺陷识别问题的行之有效的计算方法。

摘要： 目前，由于传热反问题计算的复杂性，对试件内部缺陷形状的识别研究多局限在单一、简单的缺陷上，而对复杂多缺陷形状识别的研究则较少。本文通过将几何形状的识别问题转化为导热系数分布的寻优问题，以试件检测表面的温度分布为判别依据，利用人工免疫算法中的克隆选择算法，研究了试件内部复杂多缺陷的识别问题。数值实验表明该方法不仅大大降低了缺陷识别的复杂性，同时也是解决内部多缺陷识别问题的行之有效的计算方法。

摘要： 本发明涉及一种热传导热源位置识别反问题的数值通解方法，该数值通解方法包括如下步骤：热传导源项位置识别反问题的描述，若热传导源为点源，则直接进入下一步骤，若热传导源为非点源，则采用转换算法，将非点源反问题转化为点源反问题，再进入下一步骤；解齐次解和特解，构造数值通解；求解线性方程组，得到热源位置参数。本发明基于有限元数值解、构造出满足热传导微分方程的、以热源参数为变量的数值通解，将热传导位置识别反问题转化为多元函数极值问题，快速反演出热源参数。该方法不仅可以反演点热源位置，且可以反演任意形状热源位置，因此应用面广、适应性强，具有很好的工程应用前景。

摘要： 本发明的目的在于提供一种基于无量纲负荷控制参数的轴流压气机S2反问题设计方法，通过展向扭曲规律设计、展向损失设计与典型S2流面流线曲率法求解来获得轴流压气机的S2气动设计方案。本发明通过载荷系数与反动度两个关键无量纲参数进行轴流压气机各级动叶进口预旋的定制化设计，实现了压气机空间负荷在S2设计阶段的主动控制，使轴流压气机的S2反问题通流设计达到了参数化、精细化的程度，有效提高了轴流压气机气动设计精度，提升了气动性能，十分适合工程设计应用。同时，该方法不仅局限于燃气轮机轴流压气机，同样适用于各种工业用轴流压缩机、航空发动机轴流压气机/风扇的气动设计过程。

摘要： 本发明公开了一种基于反问题分析的燃气管网漏失检测系统及方法，涉及燃气管网漏失检测的技术领域。所述检测系统包括瞬态反问题分析模型、指挥中心、巡检系统、报警系统、定位系统及处理系统，所述瞬态反问题分析模型导入指挥中心，指挥中心按照瞬态反问题分析模型指挥巡检系统，在漏失可能性高的区域巡检更为频繁；巡检系统检测到漏失点，反应至报警系统，报警系统结合定位系统指挥处理系统至漏失点，处理系统对漏失点进行处理。将漏失状况归于水力元件特性，为管网系统本身属性，应用水力瞬变流反问题分析理论进行参数识别，数值模拟漏失点和漏失量，用以指导实际燃气管网系统的漏失检测。

摘要： 本发明涉及一种热传导热源位置识别反问题的数值通解方法，该数值通解方法包括如下步骤：热传导源项位置识别反问题的描述，若热传导源为点源，则直接进入下一步骤，若热传导源为非点源，则采用转换算法，将非点源反问题转化为点源反问题，再进入下一步骤；解齐次解和特解，构造数值通解；求解线性方程组，得到热源位置参数。本发明基于有限元数值解、构造出满足热传导微分方程的、以热源参数为变量的数值通解，将热传导位置识别反问题转化为多元函数极值问题，快速反演出热源参数。该方法不仅可以反演点热源位置，且可以反演任意形状热源位置，因此应用面广、适应性强，具有很好的工程应用前景。

摘要： 本发明公开了一种基于新型载荷分布的双向贯流式转轮叶片反问题设计方法，该方法在转轮全三维反问题设计过程中采用了类似勺子形状的叶片载荷分布，从而设计出了兼顾正、反向来流的双向贯流式转轮叶片，转轮叶片的截面翼型呈“S”型。

摘要： 本发明提供一种轴流涡轮一维反问题高可靠度气动设计方法，用于涡轮在一维反问题设计环节上提供更好的设计方法。技术方案为：结合基于原有的基础上，对涡轮无量纲参数中反力度、载荷系数、流量系数等核心设计参数进行非简化处理，并对该处理进行全新的反问题设计计算，并根据新的定义式重新构建新的反问题计算流程。

摘要： 本发明涉及一种基于动态神经网络的导热反问题求解方法，其包括如下步骤：1)构建基于时间序列的动态神经网络模型；2)仿真模拟管道内外壁温度数据集：输入输出层变量的时间序列长度为d，在总时长为ts仿真中，共有(ts‑d)组样本数据，得到样本数据集；3)样本数据集预处理；4)利用预处理后的数据对动态神经网络模型进行训练，得到最优动态神经网络模型；5)通过所述监测点布局获取外部温度序列和流速序列，输入最优动态神经网络模型中，即可得到内壁温度演化情况。本发明采用基于时间序列的动态神经网络模型建立内外壁温度场的关系，通过一组内外壁温度数据及流速数据对神经网络模型进行训练，通过外壁温度数据与流速数据实时计算内壁温度数据。

摘要： 本发明涉及一种基于动态神经网络的导热反问题求解方法，其包括如下步骤：1)构建基于时间序列的动态神经网络模型；2)仿真模拟管道内外壁温度数据集：输入输出层变量的时间序列长度为d，在总时长为ts仿真中，共有(ts‑d)组样本数据，得到样本数据集；3)样本数据集预处理；4)利用预处理后的数据对动态神经网络模型进行训练，得到最优动态神经网络模型；5)通过所述监测点布局获取外部温度序列和流速序列，输入最优动态神经网络模型中，即可得到内壁温度演化情况。本发明采用基于时间序列的动态神经网络模型建立内外壁温度场的关系，通过一组内外壁温度数据及流速数据对神经网络模型进行训练，通过外壁温度数据与流速数据实时计算内壁温度数据。

摘要： 本发明公开了一种一维非稳态导热反问题算法，利用内表面温度变化，反演外表面热流变化。本发明专利通过对时间域从整体到部分进行分割，结合局部目标函数和全局目标函数的迭代求解，确定新的基准热流，最终获得一维非稳态导热反问题的解。本发明中算法，降低了热流反演算法对温度测点位置的要求，降低了热流反演算法对随机噪声的敏感程度，提高了对导热较差温度响应较慢的反演结果精度。通过仿真试验研究，本发明对线性和周期性热流条件和温度变化响应较慢情况均有较好的反演结果，对于测量误差有较好的抗干扰能力。

摘要： 本实用新型公开了一种基于导热反问题方法的封闭煤场温度在线监测装置，包括煤堆温度检测枪、红外线测温器和热电偶温度传感器，所述煤堆温度检测枪的下方设有温度感应探针，所述温度感应探针安装在煤堆的内部，所述煤堆温度检测枪的表面设有温度显示器，所述红外线测温器均匀安装在煤堆的上表面，所述煤堆安装在地面与挡煤墙上，所述热电偶温度传感器均匀安装在煤堆与挡煤墙之间。本实用新型通过采用微元控制法，将煤堆的一个截面划分成多个控制微元，对每个控制微元进行传热分析，从而推得其它微元的温度关系式，最后结合边界已知温度逆推求解出各微元的温度，达到获得整个截面温度分布的目的。