三維穩(wěn)態(tài)傳熱的模糊反演及應(yīng)用.pdf

1、傳熱學(xué)反問(wèn)題（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）的一類(lèi)課題。目前傳熱學(xué)反問(wèn)題廣泛存在于機(jī)械工程、航空航天工程、動(dòng)力工程、生物醫(yī)療工程、建筑工程及工程熱物理等領(lǐng)域。對(duì)于三維系統(tǒng)的傳熱學(xué)反問(wèn)題的研究比低維度的研究更貼近于工程實(shí)際應(yīng)用，能為未來(lái)更好的處理工程實(shí)際問(wèn)題做好理論基礎(chǔ)。
　　目前常用的傳熱學(xué)反問(wèn)題研究方法有共軛梯度法（CGM）和遺傳算法（GA）等研究方法，上

2、述方法對(duì)溫度的初始猜測(cè)值、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（DFIM）是一種具有良好容錯(cuò)能力和魯棒性的推理方法，能夠基于不完備和不精確的輸入信息做出有效的決策，為傳熱學(xué)反問(wèn)題的研究提供了一種十分有效的研究思路。
　　本文主要研究DFIM的三維傳熱系統(tǒng)的反演問(wèn)題，主要內(nèi)容包括：
　?、龠\(yùn)用有限差分法(FDM)離散三維穩(wěn)態(tài)傳熱系統(tǒng)控制方程及定解條件。運(yùn)用高斯-賽迪

3、爾迭代法求解離散后的傳熱系統(tǒng)代數(shù)方程，確定三維計(jì)算域的溫度場(chǎng)，從而獲得邊界節(jié)點(diǎn)處溫度的測(cè)量信息。并進(jìn)行了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證。
　　②以三維平板傳熱系統(tǒng)邊界條件的反演問(wèn)題為例，建立了基于CGM的傳熱學(xué)反問(wèn)題模型。通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)，討論了溫度初始猜測(cè)值、測(cè)點(diǎn)數(shù)目以及測(cè)量誤差對(duì)反演溫度的影響?？隙薈GM求解三維穩(wěn)態(tài)傳熱學(xué)反問(wèn)題的效果，也總結(jié)了CGM求解存在的局限性。
　?、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)，建立了一種基于二

4、正態(tài)分布的求解三維穩(wěn)態(tài)傳熱系統(tǒng)反問(wèn)題的分散式模糊推理方法（NDFI）。以三維平板傳熱系統(tǒng)邊界溫度反演問(wèn)題為研究對(duì)象，將反演效果與CGM相比，NDFI明顯降低了反演過(guò)程對(duì)初始猜測(cè)值準(zhǔn)確度和測(cè)點(diǎn)數(shù)目的需求，增強(qiáng)了對(duì)測(cè)量誤差的抗干擾能力，得到了更好的反演效果。
　?、軕?yīng)用本文建立的NDFI方法，研究了質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的膜電極（MEA）和碳板交界面溫度分布的反演問(wèn)題。通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)，討論了待反演邊界條件受溫度初始猜測(cè)值、測(cè)點(diǎn)