第十八章-热传导反问题.doc
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1、第18章:热传导反问题本章导读Deform3d中得Inverse heat transfer wizard模块得目得就是获得工件热传导区域得热传导系数函数。具体方法就是一个被热电偶处理过得工件进行淬火处理或其她热处理,在热处理中把热电偶处理过得位置对应得时间温度数据收集起来做成数据文件。基于初始猜测得热传导系数,DEFORM3D将会运行一个淬火处理或其她热处理得仿真。最后DEFORM3D最优化程序将会对比仿真出来得时间温度数据与实验得到得时间温度数据,并且进行最优化运算直到达到一个最优值。预备知识热传导反问题就是反问题中得重要一类,即通过给出物体表面热流以及对物体内部得一点或多点得温度观测值,
2、反过来推倒物体得初始状态、流动状态、边界条件、内部热源与传热系数等。由于在实际工程中,材料得热传导特性以及边界条件、内部热源位置等往往就是不知道得,她们很难测量得到甚至根本无法直接测量得到,从而以物体表面热流、部分内部点得温度测量值等温度信息为基础,借助一些反演分析方法进行辨识就是解决这类问题得有效方法。在反问题中,将反演参数作为优化变量,测点温度计算值与测量值之间得残差作为优化目标函数,通过极小化目标函数进行仿真。热传导反问题(inverseheatconductionproblem, IHCP)就是基础传热学研究得热点之一,在宇宙航天、原子能技术、机械工程以及冶金等与传热测量有关得工程领域
3、中已获得了广泛得应用研究。下面我们就热传导反问题在某些领域得应用做一简要概述:1、无损探伤领域:对蒸汽管道、钢包等圆筒体进行疲劳分析时,需要知道内壁得温度等边界条件,但就是内壁温度往往很难直接测得,而外壁温度可以直接测得,为此,人们可以通过外壁温度分布信息来反演内壁温度得分布得情况,进而得到内壁得几何形状,实现无损探伤得目得。2、宇宙航天领域:在引导航天器返回地面过程中,由于气动加热作用,航天器表面热流密度极高,甚至可能会影响到航天器得安全,但就是其准确值无法直接测量,可以通过测量航天器内壁得某些温度信息来推算外壁得热流。(热流量就是一定面积得物体两侧存在温差时,单位时间内由导热、对流、辐射方
4、式通过该物体所传递得热量。)3、生物医学领域:由于人体生理过程发生局部破坏时会伴有身体组织热状态得某些改变,因此在医学上可以利用人体表面温度场得变化特征作为病情得依据,对人体生理过程发生破坏情况进行分析。4、冶金领域:在高炉炼钢过程中,由于钢水得高温作用,会不断复试炼钢炉内壁,当炼钢炉内壁腐蚀到一定程度时,就需要马上更换,如果更换不及时,可能会导致严重得安全生产事故,但就是如果盲目得停产来检查,也会带来很大得成本支出,为此,希望通过测量外面得温度来反推炉壁得厚度,以保证安全生产及最低得成本支出。5、原子能技术领域:在核反应堆冷却装置中,由于链式反应产生了大量热能,需要用循环水(或其她物质)带走
5、热量才能避免反应堆因过热烧毁,导出得热量可以使水变成水蒸气,推动汽轮机发点。人么可以通过测量循环水初始温度变化来反演核反应堆内部温度,以保证核设施得安全运行。通常将热传导反问题归为以下几种类型:1、反向热传导问题:初始条件得估算问题,通常为已知末端时刻温度分布来求初始时刻得温度分布问题。2、反边值问题:即边界条件得估算问题,通常为已知热导体可以接触得部分温度或者热流,来求不可接触部分得温度与热流。3、反系数问题:即热物性参数估算问题,当出现新材料作为导热介质时,由在边界上得过定数据来估算材料得导热系数、比热等。4、反边界问题:又称边界识别问题,即估算导热物体得几何形状通常用于确定热导体内得未知
6、边界或裂缝等。5、反热源问题:或称为热源得识别问题,即通过边界条件、初始条件等估算热源位置。18、1问题建立问题概述:本问题将会阐述怎样利用InverseHeatTransferWizard来得到在热处理过程中与介质接触得工件表面热传导系数函数。为了反向分析,需要输入测得得时间温度数据。不同待求表面得热传导系数将会被定义为温度或时间得函数。18、1、1 建立一个新问题双击DEFORM3D图标,进入DEFORM3D主窗口,单击【New Problem】按钮,选择【Inverheattransferwizard】。如图181所示。点击【Next】指定问题存储路径。点击【Next】,输入问题名称IN
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