[發明專利]一種物體內熱源分布重構系統及方法

有效

• 申請號: 201610053052.4
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105512441B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 史貴連;葉福麗
• 申請（專利權）人: 湖北科技學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種物體內熱源分布重構的系統及方法。所述方法包括：以物體內熱源的溫度T和位置P(x,y,z)為優化變量，基于智能全局優化算法，獲取物體內熱源的溫度信息和位置信息；所述系統主要包括：紅外熱像儀、內熱源分布重構優化仿真系統和顯示與操作裝置，紅外熱像儀和顯示與操作裝置連接，顯示與操作裝置和內熱源分布重構優化仿真系統連接。本發明提高了物體內熱源分布重構效率，具有廣泛的實際應用價值。

技術領域

本發明涉及傳熱學技術領域，特別是涉及一種物體內熱源分布重構的系統及方法。

背景技術

在熱工程應用領域，物體內部的熱源狀態，亦或物體內部某部件或部分的熱狀態對于掌握和了解其運行情況是十分重要的。基于外部測溫的內部熱源參數識別在實際生產及日常生活中有著廣泛的應用，比如一些長期固定的具有內熱源的物質，如水力發電大壩內的發電機組，核廢料，煤炭和糧食等，一旦其內部出現運轉問題或者保存不當，就會產生發熱現象。很多情況下，物體的內部測溫往往十分困難甚至無法實現，因此僅僅依靠物體表面的溫度分布數據就能準確快速確定其內部發熱位置和溫度的方法，在熱工程應用領域有著十分重要的現實意義。

基于紅外無損檢測的內熱源缺陷的識別一直是許多研究者關注的熱點。目前見諸于報道的方法主要有共軛梯度法，邊界元法，有限元法有限體積法等，利用這些方法對物體內部熱源的幾何分布及熱源強度的反演有一定優勢，但始終面臨三個無法解決的問題：1、只能對點熱源或球形熱源進行反演，如果熱源形狀有所變化，反演的結果不甚理想；2、對物體外形的要求十分嚴格，比如邊界元法，往往只有外形規則的物體才能反演出較好的結果；3、對邊界條件的處理極為苛刻。上述三點嚴重阻礙了這些方法在實際熱工程當中的應用，因為對于實際的物體，比如機械機組，核廢料，糧食堆，甚至如人體的某部位或器官等，其內部熱源和外部形狀往往是不規則的，有些邊界數據也難以獲得。

本發明基于智能全局優化算法，如遺傳算法、模擬退火算法，粒子群算法等，以及這些算法的改進算法，通過構件一種實用有效的目標函數，突破了傳統方法對物體內部熱源以及外部形狀的限制，降低了對邊界條件的處理要求，提高了物體內熱源分布重構的效率，具有廣泛的實際應用價值。

發明內容

本發明提供一種物體內熱源分布重構系統及方法，對于物體內熱源分布的重構效率高，速度快，易于操作，在諸如鋼鐵、水泥、陶瓷、微生物發酵、能源、醫學工程、航空航天等行業領域中都有重要的應用前景。

本發明是以如下技術來實現物體內熱源分布重構的：

優選的，采用高精度非致冷式紅外熱像儀獲取物體一個表面的溫度，并在該表面的紅外熱圖中等距離提取有限個點的實際溫度值；

進一步地，在紅外熱圖中等距離取點的方法為：在紅外熱圖表面作十字形(或圓形、正方形等)線條，在線條上等距離取點，提取相應點的實際溫度值；

進一步地，在作等距點提取的輔助圖形時，如十字形(或圓形、正方形等)，其中心位置應當盡量靠近紅外熱圖的最高溫區域，這樣使圖形線條的分布盡量反映該表面紅外熱圖的溫度分布特征；

基于智能全局優化算法，以內熱源的溫度和位置為優化變量，形成多個優化樣本，通過適應度函數對優化樣本進行迭代計算，優化的步長設置依據具體問題的優化精度和優化效率來設定。在一個優化樣本下，采用有限元法計算得到該樣本下物體表面溫度分布的理論值；

對應于紅外熱圖中所選取的等距點，相應地提取這些點的理論溫度值；

提取每個等距點的實際溫度與仿真溫度之差，然后取全部差值的平方和或者絕對值之和，并以此作為評價當前樣本優劣的依據，即和值越小，則當前內熱源的溫度和位置樣本越優。最優值即為當前內熱源的溫度和位置。

通過上述方法，實現了對物體內熱源分布的重構。進一步地，根據最優內熱源溫度與位置值，物體內部溫度場分布也隨之確定下來。