[發(fā)明專利]一種基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)熱反問(wèn)題求解方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011299960.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112417759B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳旭;孫興悅;石守穩(wěn);宋凱;周琨;韓嘯;余偉煒;高炳軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06F30/23;G06N3/04;G06F113/14;G06F119/08
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 劉玲

本發(fā)明涉及一種基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)熱反問(wèn)題求解方法，其包括如下步驟：1)構(gòu)建基于時(shí)間序列的動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；2)仿真模擬管道內(nèi)外壁溫度數(shù)據(jù)集：輸入輸出層變量的時(shí)間序列長(zhǎng)度為d，在總時(shí)長(zhǎng)為t_s仿真中，共有(t_s?d)組樣本數(shù)據(jù)，得到樣本數(shù)據(jù)集；3)樣本數(shù)據(jù)集預(yù)處理；4)利用預(yù)處理后的數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到最優(yōu)動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；5)通過(guò)所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局獲取外部溫度序列和流速序列，輸入最優(yōu)動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，即可得到內(nèi)壁溫度演化情況。本發(fā)明采用基于時(shí)間序列的動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立內(nèi)外壁溫度場(chǎng)的關(guān)系，通過(guò)一組內(nèi)外壁溫度數(shù)據(jù)及流速數(shù)據(jù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，通過(guò)外壁溫度數(shù)據(jù)與流速數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算內(nèi)壁溫度數(shù)據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明導(dǎo)熱反問(wèn)題求解方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)熱反問(wèn)題求解方法。

背景技術(shù)

熱疲勞問(wèn)題是管道結(jié)構(gòu)在服役期間主要的損傷原因，對(duì)管道壽命有著顯著不利影響，內(nèi)壁溫度的測(cè)量是解決熱疲勞問(wèn)題的關(guān)鍵步驟。在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于結(jié)構(gòu)完整性要求和測(cè)量元器件安裝困難等原因，難以直接測(cè)量溫度、熱流密度等內(nèi)壁面上的相關(guān)變量，只能得到外壁溫度、流速等外壁溫度數(shù)據(jù)，再通過(guò)一定方法進(jìn)行求解內(nèi)壁溫度。

求解內(nèi)壁溫度的問(wèn)題被稱為導(dǎo)熱反問(wèn)題，現(xiàn)有的求解方法主要具有以下問(wèn)題：1、迭代計(jì)算效果不穩(wěn)定，易出現(xiàn)迭代不收斂或耗時(shí)久情況，工程應(yīng)用中穩(wěn)定性差，長(zhǎng)時(shí)間在線監(jiān)測(cè)中較難應(yīng)用；2、求解方法所應(yīng)用的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)法應(yīng)用于工程領(lǐng)域較為復(fù)雜的管道結(jié)構(gòu)。

因此需要設(shè)計(jì)一種可行的導(dǎo)熱反問(wèn)題求解方法，利用基于時(shí)間序列的動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)測(cè)量的外壁溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)快速計(jì)算內(nèi)壁溫度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道內(nèi)壁溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)熱反問(wèn)題求解方法，通過(guò)測(cè)量外壁溫度、流速等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算內(nèi)壁溫度的導(dǎo)熱反問(wèn)題求解方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)熱反問(wèn)題求解方法，其特征在于：包括如下步驟：

1)構(gòu)建基于時(shí)間序列的動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型：

構(gòu)建包含有一個(gè)輸入層、至少一個(gè)隱含層、一個(gè)輸出層的動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，所述輸入層、輸出層和每個(gè)隱含層均有若干個(gè)神經(jīng)元，動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層、輸出層的輸入、輸出變量分別為若干組長(zhǎng)度為d的時(shí)間序列；

2)利用有限元軟件仿真模擬管道內(nèi)外壁溫度數(shù)據(jù)集：

通過(guò)有限元軟件進(jìn)行一組管道結(jié)構(gòu)的流體傳熱仿真，在管道入口設(shè)置流速為u(t)，溫度為T(t)的流入流體，模擬時(shí)長(zhǎng)為t_s，在管道某一截面處，以半圓周等間距的形式共設(shè)置2n個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，記錄內(nèi)壁面n個(gè)采樣點(diǎn)溫度T_in,1(i)、T_in,2(i)、……、T_in,n(i)，外壁面n個(gè)采樣點(diǎn)溫度T_out,1(i)、T_out,2(i)、……、T_out,n(i)，再加上管道內(nèi)流體流速u(i)，n≥3，0≤i≤t_s，得到動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層向量x[t,t+d]＝(T_out,1[t,t+d],T_out,2[t,t+d],……,T_out,n[t,t+d],u[t,t+d])、輸出層向量y[t]＝(T _in,1[t],T_in,2[t],……,T_in,n[t])，0≤t≤t_s-d)；輸入輸出層變量的時(shí)間序列長(zhǎng)度為d，在總時(shí)長(zhǎng)為t_s仿真中，共有(t_s-d)組樣本數(shù)據(jù)，從而得到樣本數(shù)據(jù)集；

3)樣本數(shù)據(jù)集的預(yù)處理：