基于第二类边界条件的导热系数反演方法研究.pdf

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1、硕士学位论文基于第二类边界条件的导热系数反演方法研究RESEARCHOFTHERMALCONDUCTIVITYINVERSIONMETHODBASEDONTHESECONDKINDOFBOUNDARYCONDITIONS崔竞心哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK121学校代码：10213国际图书分类号：536.08密级：公开工程硕士学位论文基于第二类边界条件的导热系数反演方法研究硕士研究生：崔竞心导师：孙晓刚教授申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedI

2、ndex：TK121U.D.C：536.08DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHOFTHERMALCONDUCTIVITYINVERSIONMETHODBASEDONTHESECONDKINDOFBOUNDARYCONDITIONSCandidate：CuiJingxinSupervisor：Prof.SunXiaogangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentandMeterEngineeringDep

3、artmentofAutomaticAffiliation：MeasurementandControlDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要温度作为七个基本物理量之一，是物体内部分子运动的宏观体现，而热传导在自然界中是无时无刻都在进行的物理现象。导热系数是热传导之中非常重要的一个物理参量，他表征着物体之间热量传递的效率。能够获得准确的导热系数对于建筑保温、冻土地基等工程应用中有着重要的现实意义。红外热像仪能

4、够通过非接触的方式快获得材料变化的温度信息，并且在此基础上使用反演算法，加上被测目标的边界条件和初始条件就可以反演出物体的导热系数，这类问题被称为反问题，由于其和传热学息息相关，所以这一类的问题被统称为热传导反问题。本文根据一维半无限大导热模型，基于第二类边界条件搭建了一套导热系数反演正向发生平台。用这套正向发生平台可以生成导热系数反演所需要的数据，从而来检验并且优化正问题的数学模型，并且为利用实测数据反演导热系数提供输入，从而能提供依据来检验热传导反演算法。在实验平台的搭建过程中，本文首先根据装置的技术指标以及导热模型设计了装置的机械结构，使其能够承载待测试

5、样。然后选择了合适型号的电气设备和数据采集设备如铂电阻温度计、热源加热功率、热流传感器等。选定使用不锈钢304作为待测试样来进行测试。明确了下位机和上位机进行通信的通讯协议，并根据此使用MFC框架编写了一个带界面的能够实时显示测量到的温度，并且保存数据的上位机软件并进行了重复性测试，获得了实测温度数据。接下来使用有限差分来计算基于第二类边界的热传导方程，并且将计算得到的温度场和正向发生平台实际测量得到的温度场进行对比。根据实际条件不断优化、调整数学模型，使之能最大可能性的和实际数据相符合，最后得到正问题的计算数据和实测数据之间的差值小于等于8%。接下来用仿真的

6、方法研究当温度数据存在误差的时候，量子行为粒子群优化算法（QPSO）的抗噪性。事实证明当仿真数据存在±2%的误差时，反演出的导热系数值误差在3%之内。然后将正向发生平台生成的温度数据带到算法之中进行导热系数的反演，其误差为10.5%。关键词：导热系数；QPSO；有限差分；热参数反演-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTemperature,asoneofthesevenbasicphysicalquantities,isamacroscopicmanifestationofthemovementofmoleculesinsideanobject

7、,andheatconductionisaphysicalphenomenonthatisoccurringallthetimeinnature.Thermalconductivityisaveryimportantphysicalparameterinthermalconduction,anditcharacterizestheefficiencyofheattransferbetweenobjects.Theabilitytoobtainaccuratethermalconductivityhasimportantpracticalsignificance

8、fortheapplicationof