[發明專利]一種基于觀測數據的多層介質溫度分布計算方法和裝置

有效

• 申請號: 202110302476.0
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN112989618B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 劉唐偉;賴金鳳
• 申請（專利權）人: 東華理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F113/26;G06F119/08
• 代理公司: 北京勁創知識產權代理事務所(普通合伙) 11589
• 代理人: 王闖

本發明實施例提供的一種基于觀測數據的多層介質溫度分布計算方法和裝置，包括：獲取由多層介質組成的圓柱體的外圓半徑，以及材料的熱物理參數；其中，所述熱物理參數包括比熱容、物體密度和導熱系數；根據熱傳導方程、熱物理參數，以及第一類、第二類或第三類邊界條件，結合邊界上的可檢測的溫度或熱流觀測數據，構造數值計算格式；由邊界上的可檢測的溫度或熱流觀測數據，依計算格式，計算出研究區上的溫度場和熱流場。本發明該方法利用研究區域邊界上多類部分觀測數據，設計穩定化算法，計算多層介質的溫度場分布，填補該方面的數值方法和模擬技術空白。

技術領域

本發明涉及多層介質溫度場分布數值模擬技術領域，具體涉及一種基于觀測數據的多層介質溫度分布計算方法和裝置。

背景技術

多層材料在傳熱過程中，不同介質材料會導致不同的溫度分布。溫度在材料的內部隨著位置而變化，材料最內側的溫度會隨熱傳遞的時間而變化。這類問題從20世紀80年代開始一直被廣泛研究。1981年，顧延安研究了保溫層外壁面溫度，以及它的計算方法，通過理論推導給出了一種計算熱損失的方法。2007年，白凈選用第一類邊界條件下的柱坐標形式的導熱微分方程對圓筒壁內的溫度分布進行計算和分析，得出結論等溫面的熱流密度相同。曾劍等考慮了一類熱傳導方程中間斷擴散系數的反問題，證明了時間相對較小時，極小元的唯一性和穩定性。2018年，陳大偉利用熱傳導方程的差分格式對一維熱傳導方程的數值解進行計算并繪成圖，從而直觀地得到熱傳導媒介上的溫度時空分布。目前，對于熱傳導方程解的研究并以此得到熱傳導媒介在傳熱過程中的溫度分布的相關研究仍在繼續。對于在部分邊界上多類觀測數據已知的情況下，如何計算多層介質的溫度場分布，目前尚無公開的穩定化算法。

發明內容

因此，本發明為了填補現有多層介質的溫度場分布，在部分邊界上多類觀測數據已知的情況下，數值方法和模擬技術的空白，本發明實施例提供一種基于觀測數據的多層介質溫度分布計算方法和系統，該方法利用研究區域邊界上多類部分觀測數據，設計穩定化算法，計算多層介質的溫度場分布，填補該方面的數值方法和模擬技術空白。其具體技術方案如下：

為實現上述目的，本發明實施例提供一種基于觀測數據的多層介質溫度分布計算方法，包括步驟：

獲取由多層介質組成的圓柱體的外圓半徑，以及材料的熱物理參數；其中，所述熱物理參數包括比熱容、物體密度和導熱系數；

根據熱傳導方程、熱物理參數，以及第一類、第二類或第三類邊界條件，結合邊界上的部分溫度或熱流觀測數據，構造數值計算格式。

由邊界上的部分溫度或熱流觀測數據，依計算格式，計算出邊界上的所有溫度和熱流數據；再計算出研究區上的溫度場和熱流場。

進一步的，所述熱傳導方程為：

所述熱流密度的表達式為：

式中，c為比熱容，ρ為物體密度，ω為導熱系數，T_i(r,t)為熱源在各層的溫度表示，r為各層半徑，f(r，t)，為各層初始溫度。

進一步的，對所述熱傳導方程進行計算，得到所述熱源的溫度場分布，包括步驟如下：

分別計算得到所述熱傳導方程D矩陣、H矩陣；

根據所述D矩陣、H矩陣，得到所述溫度場分布與所述D矩陣、H矩陣之間的關系。

進一步的，所述溫度場分布與所述D矩陣、H矩陣之間的關系為：

本發明實施例的第二方面提供一種基于觀測數據的多層介質溫度分布計算裝置，包括：

獲取模塊，用于獲取由多層介質組成的圓柱體的外圓半徑，以及材料的熱物理參數；其中，所述熱物理參數包括比熱容、物體密度和導熱系數；