基于改进布谷鸟算法识别瞬态热传导问题的导热系数

基于改进布谷鸟算法反演瞬态热传导问题随温度变化的导热系数.采用Kirchhoff变换将非线性热传导问题转换为线性热传导问题,使用边界元法求解瞬态热传导正问题.将导热系数的反演转化为函数表达式中未知参数的反演,使用改进布谷鸟算法求解未知参数.与共轭梯度法相比,改进布谷鸟算法对迭代初值不敏感;与布谷鸟算法相比,改进布谷鸟算法迭代次数大大减少.数值算例表明对改进布谷鸟算法,增加测点数量迭代次数增加;增加鸟巢数量迭代次数减少;减小测量误差计算结果更精确,同时迭代次数更少.数值算例验证了改进布谷鸟算法反演导热系数的准确性和有效性.     

材料热物性与热源强度辨识的改进遗传算法

建立二维非线性导热逆问题(IHCP)的数学模型.通过对基本遗传算法逐步改进得到三种不同改进阶段的遗传算法,分别用于反演导热问题中材料的导热系数及其内部热源强度,并比较遗传算法在各改进阶段用于求解导热逆问题时的收敛速度与求解精度,寻求一种使导热逆问题求解效率与计算精度更高的遗传算法改进策略.结果表明:提出的遗传算法改进策略达到了预期目的.     

导热优化:热耗散与最优导热系数场

本文讨论了通过重新布置场内的导热系数分布来强化热传导的导热优化问题。针对边界上传热量一定的任意几何区域的稳态导热,在全场的导热系数积分为定值的条件下,以最小热耗散作为目标,利用变分方法导出了导热优化的基本准则;导热系数与局部热流密度成正比。该准则指导下的导热优化过程可获得热耗散最小的导热系数分布。实例证明了该方法是有效且合理的。     

单颗种子导热系数的测定及传热过程实验研究

对于种子干燥方面的研究,大多是针对其宏观传热传质即干燥动力学方面。本文采用热成象技术对单颗蚕豆种子的传热过程进行了研究,用实验求解导热方程反问题的方法计算出不同含水率下单颗种子的导热系数,对种子在非稳态下内部温度场进行了测试与分析．研究结果表明,在含水率小于 ２０％时,其导热系数随着含水率的增加而增大,当含水率大于 ２５％时则表现出较强的非均质性和非稳态性。对单颗蚕豆种子内部温度场测定而得到的种子热剖面温度分布表明,种子内部存在温度梯度其热扩散具有均匀性,同时反映出种皮传热热阻的存在。这些结果对于深入研究种子内部的传热传质机理,具有重要的实际意义。     

热线法测量保温材料的导热系数

本文在分析热线法测量导热系数原理的基础上,应用热线法测定了几种保温材料不同温度下的导热系数。并通过Origin7.0对测量结果进行了数据线性拟合,可快捷、精确地获得测量结果。     

特殊环境下织物的导热系数试验研究

舱外航天服织物的研究是舱外航天服设计工作中的一项重要环节,尤其是其热特性,对航天员舱外作业安全和工效有着重要的影响.为此,本文通过对织物的传热机理、服装的热舒适性及平板导热仪的原理等进行分析,研制了一种新型的双平板式导热仪对特殊环境(超低温、真空)下的织物导热系数进行了试验研究,得到了不同特殊环境下织物的导热系数,并对结果进行了分析和讨论.     

双室热保护法测定真空绝热板导热系数的研究

给出了双室热保护法测定真空绝热板(VIP)的导热系数的原理,设计了测试装置.外室作为热保护装置,内室作为测试加热装置,基于稳态下测试VIP平板的导热系数,该装置不受VIP尺寸的限制.分析了影响测试结果的因素和理论误差,并与标定值对比,测试结果较精确.该装置可以用于VIP出厂前的导热系数的测试及使用过的VIP的老化程度的...     

对不良导体导热系数测量原理的修正

对稳态法测量原理进行了较深入的探讨,指出了用稳态法测定非金属材料导热系数的不足之处,并作了一定的修正,从而推出了计算导热系数的新公式。通过测定结果,验证了修正后的导热系数计算公式的正确性和合理性。     

单根单壁碳纳米管导热系数随长度变化尺度效应的实验和理论

考虑纳米碳管与基体之间的热损失,采用四焊盘-3ω法测量了室温下基体表面不同长度单根单壁碳纳米管(SWNT)的导热系数.SWNT的导热系数在测试长度范围(05—7μm)内随长度的增大而增大,增加的幅度逐渐减小.考虑二阶3-声子过程的影响,采用改进的WV模型预测了SWNT导热系数随长度的变化规律.理论预测的声子平均自由程～175nm.导热系数的测量结果与室温下不同长度SWNT的实验结果相吻合.理论预测结果与实验结果均说明SWNT导热系数随长度变化具有尺度效应. 关键词： ω法')" href="#">3ω法 单壁碳纳米管 导热系数 二阶3-声子过程     

非线性二维稳态导热反问题的一种新解法

1引言导热反问题，是指根据实验测得的物体表面或内部某些位置的温度值，通过求解导热微分方程，反推导致这一结果的原因。在数学上是一种不适定问题，求解结果对测量误差十分敏感，即使有较小的测量误差也会带来较大的影响。待定边界条件类型的导热反问题在工程和科学试验中有广泛的应用背景。许多学者对此进行了研究，但多停留在一维和二维线性问题上，对多维非线性问题的研究较少［‘－’］。Beck山对一线问题讨论了五种求解方法：分析法，D’souza法，Weber法，RB方法和HillHensel方法，其中前三种不能求解非线性问题，后两种对非稳…     

一种基于激光辐照热效应的薄膜参数反演方法

本文研究并建立了一种基于激光辐照热效应的薄膜参数反演方法.首先给出激光辐照薄膜产生温升问题的热传导理论模型,并利用拉普拉斯变换得到了膜层和基底温度场的解析解;然后以膜层和基底的导热系数为反演参数,基于非线性共轭梯度算法给出反演基本原理及流程,并推导得到了反演过程中灵敏度系数的解析表达式;以aluminum,silver,copper和gold四种金属薄膜为例,通过与有限元法的计算结果对比验证了温度场解析解的正确性;最后结合四种金属薄膜进行了参数反演,通过考察分析不同随机噪声等条件下的参数反演结果,验证了本文方法在薄膜参数反演精度与反演效率等方面的有效性.反演结果显示:本文方法具有较高的反演精度和效率,在迭代截止误差为10~(-7)时只需用少于20次迭代就能收敛;在测量数据中加入的随机噪声越小,反演的迭代收敛次数就越少,即使是在迭代初值与反演结果相差较大时,用包含5%随机噪声的测量数据反演也能快速收敛.本文提出的薄膜参数反演方法不仅适用于反演导热系数,也可扩展用于反演膜层反射系数或吸收率等参数,具有一定的适用性.本文方法对于激光加工或激光损伤过程中的参数反演及优化具有一定的指导意义.     

基于DISLab温度传感器的导热系数测定

对采用热电偶测量导热系数的实验进行改进,利用DISLab温度传感器测金属盘达到平衡的温度和散热盘的温度,解决了传统的导热系数测定时误差较大的问题。实验表明,该实验操作简单,精度高,具有明显的优势。     

探空湿度测量太阳辐射误差修正流体动力学研究

针对太阳辐射加热导致的误差显著限制了相对湿度测量的准确度,提出一种新颖的相对湿度误差修正方法—–基于流体动力学的数值分析法.在流体-固体耦合传热数值模拟分析中考虑探空湿度传感器的外部热环境情况,施加对流-太阳辐射耦合热边界条件,建立了地面到32 km高空不同气压和温度条件下探空湿度传感器的温度误差分析模型.结合Goff-Gratch饱和水汽压逼近公式,进而提出了相应的相对湿度误差流体动力学数值分析模型,并且着重研究了太阳辐射方向、传感器尺寸、反射率和衬底材料热导率等物理参数对相对湿度误差的影响.分析数值仿真结果表明:随着海拨的升高,其与太阳辐射加热引起的相对湿度误差之间存在非线性的单调递增关系;太阳辐射方向对于湿度测量精度的影响显著,当太阳辐射方向垂直于传感器正面时误差最大、传感器顶部时次之、侧面时误差最小;虽然通过减小探空湿度传感器的尺寸、降低衬底材料的热导率以及提高反射率均可以一定程度地降低太阳辐射加热引起的相对湿度误差,但是在低气压高空条件下,太阳辐射加热误差对于湿度准确性的影响仍然十分明显,需加以修正.与实验结果对比表明,基于流体动力学模拟仿真的相对湿度误差数值分析法为辐射误差修正提供了一种新的途径.     

红外热波成像法测量固体材料热扩散率

本文通过采用连续激光调制对试样周期加热产生稳定的温度波动和红外扫描动态测温的红外热波成像法获得温度波动的相位和幅值分布，测量固体材料热扩散率。介绍了红外热波成像法的测量原理和实验系统，推导了热扩散率测量的相位法、幅值法和相位－幅值复合法。对不锈钢和纯镍试样的热扩散率进行了测试。测量结果表明，该方法具有较高的精度。     

基于拟牛顿法的连铸结晶器热传导反问题求解

在实际的工业过程中,热传导反问题广泛的存在于各个应用领域。由于连铸的生产环境恶劣,给连铸钢坯的测温造成了很大的困难,导致连铸结晶器热传导反问题的求解是很困难的。在研究了热传导反演算法的基础上,基于连铸结晶器的有限的测量点,通过热传导反演算法可以求出结晶器的热流密度,给连铸的优化和控制提供依据。在建立了连铸热传导反问题模型的基础上,提出了基于拟牛顿法的连铸结晶器热传导反问题求解的改进算法,该算法可以有效的利用当前搜索过程中的信息,通过近似目标函数的二阶导数来加快算法的搜索效率,采用了Wolf步长选择规则克服了算法收敛速率慢的缺点,并且该算法无需计算Hessen矩阵,能够有效降低计算的复杂度。实验结果表明该算法能够快速有效的求解该问题。该方法用于连铸结晶器热传导反问题是可行的、有效的。     

固态金属中声子热传递的分子动力学模拟研究

固态金属中的热传递是声子和自由电子共同作用的结果。自由电子引起的热导率可以通过电导率,利用Wiedemann-Franz定律得到,声子引起的热导率目前仍然不能进行实验测量,只能借助其他方法来研究。本文采用非平衡分子动力学(NEMD)方法,用镶嵌原子方法(EAM)势能模型,模拟计算了不同厚度(1.760-10.56nm)金属镍薄膜中由于声子-声子作用引起的热导率。然后根据纳米厚度金属薄膜的热导率借助关联式推到宏观尺度下由于声子-声子作用引起的热导率。结果表明,对于纳米厚度金属薄膜,由于声子-声子作用引起的热导率比块体金属镍的热导率小一个数量级;薄膜厚度越小,声子-声子作用引起的热导率越小;对于块体金属镍,由于声子-声子作用引起的热导率约占其总热导率的33.0%左右。     

凝华结霜霜层导热系数理论分析

研究水蒸汽凝华结霜过程在冷壁上形成的霜层的导热系数,依据随机管子多孔介质霜层模型,假设霜层是由孔隙空间与冰晶骨架构成的多孔介质,其中孔隙空间由随机毛细管及连接管子的接头形成,湿空气中的水蒸汽在霜层的孔隙空间中扩散输运并凝华结霜,根据传热传质学理论,导出霜层导热系数关系式。     

金属橡胶热物理性能理论与试验研究

针对金属橡胶材料在高温环境下的热稳定性能和热传导性能, 基于金属橡胶的内部基本组分以及特殊的编织制作工艺, 构建了两种典型排列微元体结构, 并以此描述微元体在三种接触状态下的热膨胀特性, 提出了金属橡胶热膨胀Schapery分析模型, 从理论上解释了金属橡胶热膨胀的产生机理.根据金属橡胶基本组成单元的传热模式, 研究了金属橡胶的传热过程.利用热电比拟法和有限元法, 分析微元体的导热性能, 结合微元体的分布形式, 提出了金属橡胶的导热分析模型.试验测试了不同相对密度金属橡胶的热膨胀和热传导性能, 验证了金属橡胶热膨胀和导热特性分析理论模型的适用性.所得到的金属橡胶的热膨胀和热传导性能理论模型和试验结果, 为金属橡胶材料在高温环境下的热物理特性分析提供了理论基础和计算分析依据. 关键词： 金属橡胶 热膨胀 热传导 金属丝螺旋卷     

LDA侧面泵浦薄片激光器的泵浦光和温度分布

建立了激光二极管阵列(LDA)环绕侧面泵浦复合薄片激光器的数值模型,LDA的快轴垂直于薄片表面并被压缩。依据LDA的输出光束特性,考虑到介质与空气的对流热交换和材料热导率的温度相关性,根据经典热传导方程,运用有限单元法,得出了薄片内的泵浦光和温度分布。分析了LDA个数、泵浦距离、吸收系数和光束发散角对薄片内泵浦光分布和吸收效率的影响规律,讨论了温度与泵浦功率、换热系数、冷却液温度和时间的变化规律,所得的有关规律与相关实验相符合。计算结果可为LDA泵浦固体激光器的结构优化设计和实验研究提供理论参考。     

Corrosion evaluation by thermal image processing and 3D modelling

Quantitative transient IR thermography has been applied to the characterization of hidden corrosion in metals. A dedicated 3D numerical model of heat transfer has been used to solve the direct thermal problem and to simulate the test. Theoretical modelling allows the verification of limits of the ID solution and the derivation of coefficients which take heat diffusion into account. An analysis of inversion accuracy was carried out. A simple algorithm based on a surface temperature time-derivative is proposed for detecting thickness variations. Then, material loss in an area of arbitrary shape is evaluated applying a modified algorithm, originally developed for a ID thermal model. The potential of dedicated image processing in enhancing a signal-to-noise ratio is explored. The feasibility of corrosion quantification by the proposed inversion algorithm is demonstrated with experimental results. Detection and evaluation of hidden material loss within a boiler section, typically used at a power plant station, has been performed. The external surface was heated with flash lamps and temperature response was analyzed both in time and space domains. The masking effect due to the noisy inspected surface (not painted and affected by a long time service) were substantially removed before evaluating corrosion. Obtained results have been compared with measurements produced by the ultrasonic method.