穩(wěn)態(tài)耦合傳熱系統(tǒng)的模糊反演.pdf

1、傳熱學(xué)反問(wèn)題（Inverse heat transfer problem, IHTP)是指基于傳熱系統(tǒng)的溫度觀測(cè)信息反演系統(tǒng)的某些未知特征參量，如邊界條件、熱物性參數(shù)和幾何形狀等。涉及耦合傳熱的各類(lèi)換熱設(shè)備廣泛應(yīng)用于電站、制冷、煉油和化工等工程領(lǐng)域。傳熱學(xué)反問(wèn)題方法為換熱設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)、換熱設(shè)備性能的綜合評(píng)價(jià)及在線監(jiān)測(cè)等提供了一種十分有前途的技術(shù)方案。
　　由于傳熱學(xué)反問(wèn)題所固有的不適定性，目前常用的傳熱學(xué)反問(wèn)題典型研究方法，如共

2、軛梯度法（ Conjugate Gradient Method, CGM）和遺傳算法（ Genetic Algorithm, GA）等研究方法，對(duì)溫度測(cè)點(diǎn)數(shù)目和測(cè)量誤差等具有較強(qiáng)的依賴(lài)性，難以獲得理想的反演結(jié)果。基于模糊理論基礎(chǔ)的分散式模糊推理方法（Decentralized Fuzzy Inference method, DFIM））是一種具有良好魯棒性和容錯(cuò)能力的不確定推理方法，能夠基于不精確和不完備的觀測(cè)信息做出有效的決策，為傳熱

3、學(xué)反問(wèn)題的研究提供了一種十分有效的理論方法。
　　本文研究了基于DFIM的穩(wěn)態(tài)耦合傳熱系統(tǒng)的反演問(wèn)題，主要內(nèi)容包括：
　?、俳o出了一種求解流固耦合傳熱正問(wèn)題的BEM-FVM方法。針對(duì)二維穩(wěn)態(tài)耦合傳熱問(wèn)題，分別采用邊界元法（Boundary Element Method, BEM）和有限容積法（Finite Volume Method, FVM）求解固體導(dǎo)熱及流體傳熱正問(wèn)題的數(shù)值模型，并結(jié)合流固界面溫度和熱流連續(xù)條件，確定固體

4、邊界的節(jié)點(diǎn)溫度及流體區(qū)域的溫度場(chǎng)。
　　②概述了采用CGM和GA方法求解反問(wèn)題的基本原理和流程，并基于CGM和GA，反演了圓管流固耦合傳熱系統(tǒng)的固態(tài)附著層外壁邊界的幾何形狀。結(jié)合數(shù)值實(shí)驗(yàn)，討論了在上述兩種反演方法下，邊界幾何形狀的初始猜測(cè)值、溫度測(cè)點(diǎn)數(shù)目以及測(cè)量誤差等因素對(duì)反演結(jié)果的影響，總結(jié)了CGM和GA兩種優(yōu)化方法在求解反問(wèn)題中存在的問(wèn)題。
　?、劢Y(jié)合傳熱學(xué)反問(wèn)題存在的問(wèn)題和模糊推理方法的特點(diǎn)，建立了求解二維穩(wěn)態(tài)耦合傳熱

5、系統(tǒng)反問(wèn)題的分散式模糊推理方法（DFIM）。以溫度測(cè)量值與傳熱正問(wèn)題計(jì)算值的偏差作為輸入信息進(jìn)行分散模糊推理；建立了一種基于正態(tài)分布的綜合加權(quán)方法，對(duì)各個(gè)分散模糊推理分量進(jìn)行加權(quán)綜合，獲得待反演參數(shù)分布的補(bǔ)償量，對(duì)反演參數(shù)分布的當(dāng)前猜測(cè)值進(jìn)行修正。
　　④應(yīng)用所提出的DFIM方法，分別研究了二維流固耦合傳熱系統(tǒng)的邊界幾何形狀反演問(wèn)題和邊界熱流分布反演問(wèn)題，并與CGM和GA兩種方法的反演結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了 DFIM求解耦合傳熱反問(wèn)題