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基于传热学反问题的钢包内钢液温度分布辨识

作　者: 高强权
导　师: 王广军
学　校: 重庆大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 钢包 共轭梯度法 分散式模糊推理 传热学反问题
分类号: TF701
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


钢包是钢铁冶炼过程中不可缺少的主要设备之一，钢包内钢液的温度对钢铁的精炼及连铸过程有着重要的影响，如何能够准确获得钢包内钢液温度的分布情况显得非常的重要。本文研究了利用传热学反问题的方法对钢包内钢液温度分布情况进行间接测量的可行性和有效性。本文结合有限元非线性问题求解软件ABAQUS使用共轭梯度法（CGM）和分散式模糊推理(DFI)法对钢包内钢液温度的分布情况进行了反演，主要做的研究工作如下：1、建立了钢包的二维传热模型（正问题模型），利用有限元法对所建立的钢包二维传热模型进行离散划分网格，借助于ABAQUS软件获得了钢包导热系统温度场分布情况。2、结合钢包传热正问题模型，将钢包内钢液的温度分布情况作为钢包系统的第一类边界条件，并将其作为待反演量，分别使用共轭梯度法（CGM）和分散式模糊推理（DFI）法，基于MATLAB软件平台建立了钢液温度分布的反演模型。3、建立了ABAQUS软件与MATLAB平台的接口程序，构建出完整的钢包传热学反问题程序。4、通过仿真试验对钢包内钢液的温度分布情况进行了反演，讨论了待反演量初始猜测值、温度测点数量、温度测量误差及测点位置对反演结果的影响。研究表明，使用共轭梯度法（CGM）和分散式模糊推理（DFI）法都能够得到比较满意的钢液温度的分布反演结果，但DFI法的反演结果要优于CGM的反演结果；测点数量、测量误差对反演结果都有一定的影响，温度测量误差越小，则对应的反演结果越好；测点数量越多，则对应的反演结果就越精确；待反演参量的初始猜测值对反演结果虽有影响，但相对前两个影响因素要小，反演结果对其初始猜测值不敏感。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 引言  8-9
  1.2 钢包传热及钢液温度测量的国内外现状  9-11
  1.3 传热学反问题的发展情况  11-16
    1.3.1 反问题及传热学反问题简介  11-12
    1.3.2 传热学反问题的研究方法  12-16
  1.4 本文的研究目的和研究内容  16-18
2 正问题的求解  18-29
  2.1 钢包的物理模型  18-20
  2.2 钢包的数学模型  20-22
  2.3 钢包模型的数值求解  22-26
    2.3.1 有限单元分析法  22-23
    2.3.2 钢包温度场的 ABAQUS 求解  23-26
  2.4 试验验证  26-28
    2.4.1 数值可行性分析  26-27
    2.4.2 网格无关性验证  27-28
  2.5 小结  28-29
3 反问题模型  29-46
  3.1 最优化方法  29-34
    3.1.1 概述  29-31
    3.1.2 最速下降法(SDM)  31-32
    3.1.3 共轭梯度法  32-34
  3.2 CGM 反演模型的建立  34-37
    3.2.1 反演目标函数  34-35
    3.2.2 反演的收敛判断  35
    3.2.3 反演的方法  35-36
    3.2.4 CGM 的迭代计算流程  36-37
  3.3 模糊推理  37-43
    3.3.1 模糊推理理论  37
    3.3.2 分散式模糊推理  37-38
    3.3.3 分散式模糊推理反演系统  38-39
    3.3.4 模糊推理单元  39-42
    3.3.5 模糊推理分量的综合协调  42-43
  3.4 DFI 法反演模型的建立  43-45
    3.4.1 分散式模糊推理结构的建立  43
    3.4.2 模糊推理单元的建立  43-44
    3.4.3 推理结果的加权综合  44-45
  3.5 建立 ABAQUS 与反问题模型的衔接  45-46
4 仿真试验与结果分析  46-58
  4.1 实例分析  46-47
  4.2 初始值的影响  47-49
    4.2.1 初始值对 CGM 反演结果影响  47-48
    4.2.2 初始值对 DFI 法反演结果影响  48-49
  4.3 测点数目影响  49-52
    4.3.1 测点数目对 CGM 反演结果影响  49-51
    4.3.2 测点数目对 DFI 法反演结果影响  51-52
  4.4 测量误差的影响  52-54
    4.4.1 测量误差对 CGM 反演结果影响  52-53
    4.4.2 测量误差对 DFI 反演结果影响  53-54
  4.5 测点位置影响  54-56
    4.5.1 测点位置对 CGM 反演结果影响  54-55
    4.5.2 测点位置对 DFI 法反演结果影响  55-56
  4.6 CGM 反演结果与 DFI 法反演结果比较分析  56-57
  4.7 本章小结  57-58
5 结论与展望  58-60
  5.1 结论  58-59
  5.2 展望  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-67
附录  67
  A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文  67

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 炼钢 > 一般性问题 > 理论和计算
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