傳熱學反問題模糊推理方法的繼續(xù)研究.pdf

1、傳熱學反問題(Inverse Heat Transfer Problems,IHTP)是根據(jù)傳熱系統(tǒng)的部分輸出信息反向求解熱物性參數(shù)、幾何形狀、邊界條件等未知參數(shù)。IHTP廣泛存在于航空航天工程、動力工程、機械工程、建筑工程、生物醫(yī)療工程等領域。對傳熱學反問題開展深入的研究具有極其重要的科學和工程價值。IHTP為一類典型的不確定性推理問題。傳統(tǒng)的反演方法可歸類為確定性推理方法,利用傳統(tǒng)反演方法研究傳熱學反演問題不可避免的存在不足。分散模

2、糊推理(DFI)方法是建立在模糊集合理論基礎上的一種典型的不確定性推理方法,該方法對輸入信息具有明顯的抗干擾能力,可以有效利用不精確、不確定及不完備的輸入信息進行推理和決策,表現(xiàn)出較好的抗不適定性。本文在我們已有研究成果的基礎上,對應用DFI方法求解傳熱學反問題進行了更加深入的研究。主要研究內容包括：
　?、僖詧A柱表面熱流分布反演問題為例,建立基于靈敏度加權的分散模糊推理(SDFI)方法。通過數(shù)值試驗,討論了待反演熱流分布的初始猜

3、測值、觀測點數(shù)目、測量誤差以及測量誤差與觀測點數(shù)目耦合等條件對反演結果的影響,并與共軛梯度法(CGM)和遺傳算法(GA)進行了對比,在此基礎之上,總結了DFI方法的有效性和優(yōu)越性。
　?、谘芯苛四：撚虻倪x取問題,針對依賴于專家經驗的固定論域DFI方法及現(xiàn)有變論域DFI方法所具有的局限性,借助目標函數(shù)的收斂特性對模糊論域進行自適應調整,提出新的變論域分散模糊推理(VDFI)方法。以二維平板邊界溫度分布反演為例,討論了不同論域對反演

4、結果的影響,并與定論域DFI方法及現(xiàn)有變論域 DFI方法進行了比較,討論了測量誤差及測點數(shù)目對文VDFI方法反演結果的影響,證明了VDFI方法的有效性和優(yōu)越性。
　?、垩芯苛薙DFI方法的綜合協(xié)調問題,以三維平板傳熱反問題為例,指出了SDFI的反演結果容易受邊界條件影響的不足,針對此問題,根據(jù)傳熱系統(tǒng)的局部影響特性,提出了基于空間正態(tài)分布加權的分散模糊推理(SND-DFI)方法。利用SDN-DFI反演了三維平板表面對流換熱系數(shù),系

5、統(tǒng)討論了方差參數(shù)對SND-DFI反演結果的影響,給出了方差參數(shù)的選擇范圍,同時也討論了測量誤差對反演結果的影響,并與SDFI方法的反演結果進行了對比,證明了SND-DFI方法的有效性和優(yōu)越性。
　　④根據(jù)傳熱系統(tǒng)的局部影響特性,提出了基于測量空間分解的分散模糊推理(MSD-DFI)方法。該方法是針對具有明顯空間分布特性、待反演參數(shù)及測點數(shù)較多的傳熱學反問題提出的。對于此類傳熱系統(tǒng),DFI的加權矩陣通常比較龐大且難以建立。MSD-D

6、FI方法不需建立綜合協(xié)調矩陣,其基本思想為:通過分析傳熱學正問題,對測量空間(即測量信息)在空間域上進行分解,為每一個待反演參數(shù)構造一個測量子空間;在每個測量子空間內進行模糊推理,獲得推理輸出;最后,利用本文提出的模糊解耦方案,對模糊推理輸出進行解耦協(xié)調,實現(xiàn)對待反演參數(shù)的反演。應用MSD-DFI方法研究了加熱爐內壁溫度分布反演問題,討論了初始猜測值、測量誤差對反演結果的影響,并與 SDFI方法進行對比,說明了MSD-DFI的有效性。<

7、br>　?、輰FI方法應用于非穩(wěn)態(tài)傳熱學反問題研究。針對順序函數(shù)法(SFSM)求解傳熱學反問題時反演結果嚴重依賴未來時間信息、最優(yōu)未來時間步難以準確獲得、對測量誤差敏感等問題,在應用DFI研究穩(wěn)態(tài)傳熱反問題基礎上,通過對測量信息在時間域上進行分散與綜合協(xié)調,提出了求解非穩(wěn)態(tài)傳熱反問題的DFI方法。應用DFI研究了一維平板表面熱流反演問題,并與SFSM進行對比,討論了未來時間步、最優(yōu)未來時間步、測量誤差以及測點位置對反演結果的影響。試驗