二維穩(wěn)態(tài)傳熱系統(tǒng)的模糊反演及其應(yīng)用.pdf

1、傳熱學(xué)反問題(Inverse Heat Transfer Problems，IHTP)是一類典型的反演課題，它是指根據(jù)研究對象內(nèi)部或表面的溫度信息反求如熱物性參數(shù)、幾何形狀、邊界條件以及源項等未知特征參量。各類傳熱學(xué)反問題廣泛存在于科學(xué)研究以及航天、化工、材料加工處理、動力工程、冶金工程、無損探傷等工程領(lǐng)域，對其進(jìn)行深入研究，具有十分重要的科學(xué)意義和工程意義。
　　 模糊推理是建立在模糊集合理論基礎(chǔ)上的一種較為典型的不確定推理方

2、法和計算框架，對輸入信息具有明顯的抗干擾能力；能夠有效利用不精確、不確定和不完備信息進(jìn)行推理和決策；能夠綜合運用定性知識(包括經(jīng)驗知識)和定量知識完成推理過程，并具有較低的計算成本。本文研究了基于模糊推理的穩(wěn)態(tài)傳熱過程的反演問題，主要研究工作與結(jié)果包括以下五個方面。
　　 ①以平板傳熱系統(tǒng)邊界溫度分布反演問題為例，建立了基于共軛梯度法(CGM)、Levenberg-Marquardt方法(L-MM)和遺傳算法(GA)等常用最優(yōu)化

3、算法的傳熱學(xué)反問題模型。通過數(shù)值仿真試驗，討論了待反演參數(shù)的初始猜測值、溫度測點數(shù)目以及溫度測量誤差等條件對反演結(jié)果的影響，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了前述的求解傳熱學(xué)反問題常用方法存在的局限性。
　　 ②針對前述最優(yōu)化算法求解傳熱反問題存在的局限性，提出了應(yīng)用模糊邏輯理論研究傳熱學(xué)反問題的新思路；針對傳熱過程熱邊界條件反演問題測量信息與待反演信息所固有的空間分布特征，提出了一種適于傳熱學(xué)反問題的分散式模糊推理(Decentralized

4、 Fuzzy Inference，DFI)機制，建立了二維穩(wěn)態(tài)傳熱學(xué)反問題的分散式模糊推理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用一組分散的模糊推理單元根據(jù)局部測量信息及相應(yīng)的推理規(guī)則，通過模糊推理，產(chǎn)生與該局部信息對應(yīng)的模糊推理分量；進(jìn)一步，根據(jù)各待反演信息對于各局部測量信息影響程度進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)，在綜合考慮所有測量信息的前提下，獲得各待反演參數(shù)的補償量，實現(xiàn)傳熱系統(tǒng)的模糊反演。
　　 ③研究了分散式模糊推理(DFI)系統(tǒng)中分散推理結(jié)果的綜合協(xié)調(diào)問題，

5、提出了基于影響關(guān)系矩陣的傳熱學(xué)反問題分散式模糊推理系統(tǒng)的綜合協(xié)調(diào)方法。對于規(guī)則區(qū)域?qū)嵯到y(tǒng)熱邊界條件分布反演問題，提出通過傳熱過程定性分析確定影響關(guān)系矩陣方法，并以此方法建立了兩類典型的規(guī)則區(qū)域?qū)嵯到y(tǒng)的影響關(guān)系矩陣，形成了基于定性加權(quán)的分散模糊推理(QDFI)方法；對于一些相對復(fù)雜的非規(guī)則區(qū)域傳熱系統(tǒng)反演問題，提出采用靈敏度分析建立影響關(guān)系矩陣方法，形成基于靈敏度加權(quán)的分散模糊推理(SDFI)方法。利用DFI方法研究了典型的二維穩(wěn)態(tài)傳

6、熱系統(tǒng)邊界溫度分布和幾何形狀分布的反演問題，并與CGM的反演結(jié)果進(jìn)行比較，證明了DFI方法求解傳熱學(xué)反問題的有效性。
　　 ④采用QDFI方法分別求解了連鑄結(jié)晶器內(nèi)壁熱流分布估計以及工業(yè)窯爐內(nèi)壁溫度分布兩類實際分布參數(shù)傳熱系統(tǒng)的反演問題；討論了待反演參數(shù)的初始猜測值、溫度測點數(shù)目及測量誤差等因素對于熱邊界條件反演結(jié)果的影響，并CGM進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，相對CGM，DFI能夠明顯降低反演結(jié)果對測點數(shù)目的依賴程度以及對測量誤的敏感

7、程度，具有良好的抗不適定性。
　　 ⑤采用所建立的SDFI方法根據(jù)膜式水冷壁背火側(cè)的局部可測壁溫實現(xiàn)了水冷壁向火側(cè)輻射熱流、水冷壁管內(nèi)汽水介質(zhì)溫度以及對流換熱系數(shù)等傳熱邊界條件的同時反演：討論了不同反演條件對反演結(jié)果的影響，并與CGM的反演結(jié)果進(jìn)行了對比，證明了SDFI具有較好的抗不適定性。研究表明，采用DFI方法能夠更加有效地根據(jù)水冷壁背火側(cè)的局部可測量壁溫確定水冷壁傳熱邊界條件以及向火側(cè)溫度分布及危險點位置等重要信息，為電站