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多孔介质有效导热系数的算法研究

作　者: 赵晓琳
导　师: 姚山
学　校: 大连理工大学
专　业: 材料表面工程
关键词: 多孔介质传热有效导热系数折半法遗传算法
分类号: O551.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 438次
引　用: 5次
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内容摘要

多孔介质是一类具有固体骨架的多相空间。多孔介质中质量、动量、能量的传递是众多自然现象和大量生产、生活中发生的基本过程。多孔介质中的传热传质问题涉及到许多科学领域,早就引起人们的广泛关注,并进行了长期的研究和利用。但是,由于多孔介质的结构非常复杂,即使孔隙率相同,不同的粒径尺度和不同的粒径分布使得多孔介质有着不同的有效导热系数。此外,颗粒和颗粒之间还存在着接触热阻,使得多孔介质传热模型的建立和研究都十分困难。为减小由于多孔介质复杂结构的假设而引入的误差,本文应用折半法和遗传算法进行多孔介质有效导热系数的研究。有效导热系数是描述多孔介质传热的重要物理量,其精确的确定对人们正确认识多孔介质内部传热过程有着重要的意义。本文首先将实际多孔介质传热问题折算为一般固体材料的相当导热问题,建立了多孔介质传热过程的温度场模型。并自行设计了实验系统,通过实验得到了不同炉温下试样内部不同点温度变化曲线。然后采用折半法进行有效导热系数的反求,得到多孔介质有效导热系数随温度变化的曲线。研究发现,应用折半法反求有效导热系数是一个很有效的方法,但折半法的解会受预设温度场精度的影响,通常取得的是局部最优解。本文还采用遗传算法建立了多孔介质有效导热系数的模型。遗传算法是一种借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的随机搜索算法。它以决策变量的编码作为运算对象,以目标函数值作为搜索信息,同时使用多个搜索点和概率搜索技术来搜索信息,具有自组织、自适应和自学习性。应用多孔介质有效导热系数的遗传算法模型,得到了原砂和实验室自行配制的石蜡砂的有效导热系数随温度变化曲线,并对曲线进行分析。结果分析发现:遗传算法在多孔介质有效导热系数的求解中应用是可行的,应用这种方法避免了对多孔介质内部复杂结构进行分析,能得到较高精度的全局解。应用遗传算法和折半法进行多孔介质有效导热系数的求解避免了对多孔介质内部复杂结构的分析,从而减小了由于内部结构分析而引入的计算误差,经对比验证,本文应用遗传算法和折半法求解多孔介质有效导热系数是可行的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 多孔介质传热传质的研究历史  9-12
  1.3 多孔介质有效导热系数的理论和实验研究  12-18
    1.3.1 多孔介质有效导热系数的理论研究进展  12-17
    1.3.2 多孔介质有效导热系数的实验研究进展  17-18
  1.4 本文的主要内容  18-19
2 多孔介质传热数学模型的建立  19-26
  2.1 建模相关说明  19
  2.2 数学模型的建立  19
  2.3 多孔介质传热的特点及有效导热系数法  19-20
  2.4 基本方程差分化  20-24
  2.5 差分方程的收敛性和稳定性  24-25
  2.6 求解条件  25-26
3 多孔介质有效导热系数的反求  26-37
  3.1 多孔介质传热的实验研究  26-31
    3.1.1 实验系统  26-27
      3.1.1.1 测温部分  26-27
      3.1.1.2 加热炉部分  27
    3.1.2 实验材料  27
    3.1.3 测温结果  27-31
  3.2 折半法  31-37
    3.2.1 计算方法  31-37
      3.2.1.1 初定经验导热系数  31
      3.2.1.2 划分段  31-32
      3.2.1.3 曲线拟合  32-34
      3.2.1.4 温度场验证  34
      3.2.1.5 生成有效导热系数随温度变化曲线  34-37
4 多孔介质有效导热系数的遗传算法  37-53
  4.1 遗传算法简介  37-43
    4.1.1 遗传算法概述  37-38
    4.1.2 遗传算法优点  38-39
    4.1.3 遗传算法与传统算法的比较  39-40
    4.1.4 遗传算法主要运算过程  40-42
    4.1.5 遗传算法基本操作  42-43
  4.2 多孔介质的遗传算法模型  43-44
    4.2.1 遗传算法程序及其说明  43
    4.2.2 遗传算法程序的具体实现  43-44
  4.3 结果分析  44-52
    4.3.1 遗传算法得到的原砂有效导热系数曲线  45-47
    4.3.2 遗传算法和折半法结果对比  47-51
    4.3.3 原砂和石蜡砂有效导热系数曲线对比分析  51-52
  4.4 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-57
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  57-58
致谢  58-59

多孔介质有效导热系数的算法研究

内容摘要

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