半透明单晶生长传热过程分析的边界元法

半透明单晶生长传热过程分析的边界元法

一、分析半透明单晶生长传热过程的边界元方法(论文文献综述)

吕财[1](2019)在《非线性传热多模型自适应反演及应用研究》文中研究说明根据部分可观测信息反演传热系统的内部特征或热边界条件,构成了传热学反问题(inverse heat transfer problem,IHTP)。传热学反问题广泛存在于科学研究和众多技术领域。近十几年来,传热学反问题及其应用研究十分活跃,对于线性非时变传热反问题,已经建立了一些相对成熟的研究方法。另一方面,实际工程领域的许多传热问题都具有明显的时变不确定性和非线性等基本特征,现有的传热学反问题研究方法能够提供的理论支撑明显不足,对该问题进行深入研究具有明显的科学意义和实际价值。本文针对IHTP研究存在的主要问题,提出应用多模型自适应思想研究非线性传热过程反演问题。论文的主要研究工作与成果包括以下五个方面:(1)基于多模型自适应思想,建立了非线性传热系统的温度预测模型。根据系统的非线性特征参数将传热系统划分为多个线性化子空间,基于阶跃响应函数建立与各子空间对应的线性预测子模型;进一步,根据各线性子模型与实际传热系统的瞬时匹配程度,通过预测子模型集的加权综合获得非线性传热系统的全局性预测模型,为建立非线性传热过程多模型自适应反演方案奠定了基础。(2)针对非线性传热系统热边界条件反问题,提出了一种多模型自适应反演(multiple model adaptive inverse,MMAI)方案。以非线性传热系统的全局性预测模型及温度测量信息为基础,通过滚动优化实现系统瞬时热边界条件的反演。利用MMAI方案分别研究了移动热源传热系统热源强度反演及变热物性传热系统边界热流反演等问题,并与自适应顺序函数法(ASFSM)及动态矩阵控制(DMC)方案进行了对比,证实了MMAI方案求解非线性传热过程反问题的有效性。(3)针对时变对流换热系数反演问题,建立了一种基于边界条件转移的多模型自适应反演(BCT-MMAI)方案,将未知时变对流换热系数的反演转移为对已知边界条件的反演,解决了MMAI方案反演时变对流换热系数时无法判断线性子模型和实际传热系统瞬时匹配程度的问题。根据拟定的特征量离散点,实现非线性传热系统线性子空间分割,建立温度预测子模型;根据温度预测信息和测量信息,通过滚动优化获得已知边界条件的估计值。进一步,基于已知边界条件估计值的偏差信息,对特征量离散值进行综合加权,间接产生时变对流换热系数的辨识结果。(4)应用前述的MMAI方案研究了工件钻孔加工过程中移动热边界条件的反演和瞬态温度场重构问题。通过数值仿真试验探讨了子模型数目,孔径尺寸以及未来时间步数等对热边界条件反演结果的影响;进一步,基于钻孔过程的实测温度数据,采用MMAI方案反演了工件的移动边界热流,在此基础上重构了工件的瞬态温度场,并利用温度测量信息对移动边界热流反演结果的可靠性进行了验证。(5)利用前述的BCT-MMAI方案,研究了膜式水冷壁向火侧局部辐射热流、管内流体温度以及管内对流换热系数等多个时变热边界条件的同时反演问题。将对流换热系数的反演转移为对水冷壁背火侧绝热边界的反演问题。基于MMAI方案直接获得辐射热流和管内流体温度的反演结果,并通过特征量离散值的综合加权,间接产生管内的对流换热系数。上述研究结果为水冷壁温度的在线监测提供了一种有前途的解决方案。

王雪仁[2](2007)在《船用柴油机排气消声器声学性能预测的边界元法及实验研究》文中研究表明消声器是降低船用柴油机排气噪声的有效措施之一。鉴于消声器内部声场的复杂性,通常要求使用三维数值方法预测其声学特性。边界元法是一种先进高效的数值方法,已被广泛应用于管道和消声器声学特性的预测。然而传统边界元法在处理大区域、高频声场问题时遇到了计算量和存储量过大问题的限制。此外,传统边界元法还无法被用于预测具有较高马赫数亚音速流中的声传播问题。为解决这些问题,本文开展了快速多极子边界元法和双倒易边界元法研究。针对静态介质中内部声学问题的求解,本文发展了快速多极子边界元法,阐述了其基本原理与数值实现过程,并首次将其成功地应用于消声器声学性能的预测,研究和分析了它在预测消声器声学性能时存在的特殊规律。数值算例表明,该方法能获得较高的计算精度,有效节约数据存储量,并在一定频率范围内节省大量计算时间。对于具有较高马赫数亚音速流时内部声学问题的求解,本文发展了一种双倒易边界元法,给出了其数值实现过程,并首次将其成功地应用于预测有复杂流时管道和消声器的声学性能。与传统边界元方法相比,该方法考虑了声学控制方程中气流马赫数二阶小量的影响,因此适用于具有较高马赫数亚音速流的情况。数值算例验证了该方法的正确性。双倒易边界元法运算过程中一般包括3个矩阵的相乘和一个矩阵的求逆运算,所需的计算量至少为传统边界元法的13倍,这严重限制了其应用与发展。另一方面,对于复杂结构的消声器,直接应用边界元法时往往存在积分的超奇异性问题,使数值运算变得繁琐,数值结果也往往具有较大的误差。本文发展的子结构双倒易边界元法有效地解决了以上两个问题。该方法基本思想是:首先将待考察声学系统分割为若干个子结构,在每个子结构中分别应用双倒易边界元法求得各自的阻抗矩阵,然后结合公共边界上的连续性条件对整个声学系统进行计算。数值算例验证了该方法的正确性与有效性,并初步考察了气流对较复杂结构消声器声学性能的影响规律,结果表明,较高马赫数亚音速流对复杂结构消声器声学性能的影响不可忽略。为进一步验证所发展的边界元法预测排气消声器声学性能的正确性,并为实际船用柴油机排气消声器的设计和性能评价服务,研究和发展相应的实验测试技术是必不可少的。研制成功了国内首台船用柴油机排气消声器冷、热性能试验台。台架以两个高压离心风机串联增压的方式作为风源,采用航空燃气轮机燃烧室作为燃烧器,可满足试验台架流量和阻力损失的要求。烟气的温度和流量由控制系统调节实现,控制系统分自动控制和手动控制,操作方便。控制程序又分为冷风控制程序和热风控制程序:冷风控制程序采用流量作为单一控制变量,容易实现;热风控制程序有流量和温度两个控制变量,需要实现解耦控制,难度较大。台架的测量系统设计合理,可实现管道内流体参数和消声器参数的准确测量,满足了实验分析与控制系统对测量精度的要求。设计了一种新型隔声罩结构,有效降低了试验台的辐射噪声。实验结果表明:该试验台可满足2000kw以下发动机排气消声器性能分析实验和成品验收试验的要求;其气体流量范围为0~8m3/s,控制精度为±5%;温度调节范围为20~600℃,控制精度为±10℃;连续工况间调节时间在5分钟以内。在试验台上进一步研究了管道和消声器声学性能的测量方法,并应用于管道和消声器无流和有流条件下声学性能的实验测量。测量结果与本文边界元预测结果吻合良好,表明所发展的实验方法和数值预测方法是正确的。最后用本文发展的边界元法预测并分析了双级膨胀腔消声器的声学性能,研究了内插管数量、进出口位置、导流环结构和复杂流对消声器声学性能的影响规律,得出了许多有实际应用价值的结论。

刘捷,卢文强[3](2006)在《垂直Bridgman法晶体生长中的非等温相变现象初探》文中进行了进一步梳理将加扩展项的轴对称双倒易边界元方法拓展应用于数值模拟垂直Bridgman法生长HgCdTe及CdZnTe晶体过程中非等温相变传热传质问题,印证了轴向溶质浓度的分区分布并且研究了拉晶速度对分区的影响,同时分析了晶体生长过程中产生的一维瞬态非等温相变现象,获得了由初始过渡区经稳定生长区,最后到末端过渡区全过程的非等温相变数值结果.进一步,通过数值模拟捕获了拉晶速度为零时,稳态情况下的二维轴对称相变界面位置和形状,并得到了熔体和晶体温度场,最后着重研究了瞬态拉晶过程中的二维轴对称非等温相变现象,比较了其与等温相变的差异,并揭示了不同拉晶速度对非等温相变现象的影响.

李萍[4](2005)在《外热源温度场模拟及其在导热系数测试中应用》文中认为了解具有内、外热源温度场的分布以及温度场变化带来的能量传递是日常生活和工程实际非常关心的问题。由于目前房屋建筑隔热保温性能的要求越来越高,砌筑好的建筑物在鉴定验收中迫切的要求进行保温性能的在线检测。利用工程计算软件MTLAB对具有外热源的温度场进行数值模拟,对材料导热系数的测试具有重大的指导意义。 本文详述了导热系数测定原理、方法以及测定现状,综述了求解导热问题的各种方法,指出了课题研究意义、研究内容和拟采取的技术路线。 文中应用传热基本理论知识和数值求解工具MATLAB,对具有点、线热源的温度场进行分析求解,并结合模拟结果对点热源法在线检测平壁的导热系数和热线法测试固体材料的导热系数这两种测试方法进行了评述。 根据点热源平壁导热的数学模型,直接调用工程软件MATLAB偏微分方程工具箱中的命令函数进行编程,完成了对点热源平壁导热温度场的数值计算,给出了模拟计算的影响因素,如:点热源加热功率、热源直径、对流换热条件、平壁的材料、平壁的几何条件,并分析了这些因素对模拟结果的影响。 点热源导热温度场的模拟结果,证明用点热源法在线检测平壁导热系数从理论上是可行的。有望解决目前建筑平壁材料导热系数只能进行实验室测试的问题。 结合点热源导热温度场的模拟结果,初步确定点热源法在线检测平壁导热系数的测试方案。文中指出,测试时可用激光、白炽灯等加以适当的光学辅助系统作为提供热源的设备,可采用镍铬.镍硅热电偶来检测温度。并给出最佳的施加热源参数,即:点热源加热功率150w、热源直径0.15m、热流密度8488.6w/m2。对流换热条件对实际测试结果的影响很大,因而在测试过程中边界条件的控制显得尤为重要。由模拟结果得到,热源面为绝热条件,待测面维持比较小的对流换热条件时,可在较短的时间内进行平壁导热系数的测试,是比较理想的测试条件。 热线法测试材料导热系数是一种比较成熟的测试方法,由于点、线热源两种模型的计算方法相似,借助热线法测试结果与线热源模型模拟结果对比,可间接验证点热源模拟计算的正确性。

卢文强,范庆梅,郭文[5](2001)在《分析半透明单晶生长传热过程的边界元方法》文中研究指明论文发展了一个能求解带相变运动界面非定常传热和非线性热物理特性问题的双倒易边界元方法。数值模拟了半透明单晶生长中热过程的一个例子。由于方法是纯边界积分方法,计算量与计算内存都大大减少。获得了单晶生长过程瞬态温度场分布和固液相界面形状时间推进的一些结果。

二、分析半透明单晶生长传热过程的边界元方法(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、分析半透明单晶生长传热过程的边界元方法(论文提纲范文)

(1)非线性传热多模型自适应反演及应用研究(论文提纲范文)

中文摘要
英文摘要
主要符号表
1 绪论
    1.1 传热学反问题及其工程背景
    1.2 传热学反问题研究概述
        1.2.1 Tikhonov正则化方法
        1.2.2 梯度优化方法
        1.2.3 非梯度优化方法
        1.2.4 顺序函数法
        1.2.5 分散模糊推理方案
    1.3 非线性传热过程反问题及其面临的问题
    1.4 本文主要研究内容
2 非线性传热系统多模型自适应预测
    2.1 引言
    2.2 线性传热系统温度预测模型
        2.2.1 传热系统一般性描述
        2.2.2 单变量作用下的温度预测模型
        2.2.3 多变量作用下的温度预测模型
    2.3 非线性传热的多模型自适应预测
        2.3.1 非线性传热系统多模型预测方案
        2.3.2 预测子模型集的建立
        2.3.3 子模型的综合调度
        2.3.4 全局性自适应预测模型
    2.4 移动热源传热系统温度预测
        2.4.1 移动热源传热模型
        2.4.2 阶跃响应系数
        2.4.3 子模型的加权综合
        2.4.4 数值试验结果及讨论
    2.5 小结
3 非线性传热系统的多模型自适应反演
    3.1 引言
    3.2 非线性传热的多模型自适应反演
        3.2.1 多模型自适应反演系统
        3.2.2 滚动优化
        3.2.3 反演流程
    3.3 变热物性传热系统边界热流反演
        3.3.1 传热过程及其反问题
        3.3.2 阶跃响应系数
        3.3.3 子模型权值计算
        3.3.4 数值试验结果及讨论
    3.4 移动热源传热系统热源强度估计
        3.4.1 数值试验条件
        3.4.2 移动热源温度场模拟
        3.4.3 子模型数目的影响
        3.4.4 热源移动速度的影响
        3.4.5 测量误差的影响
        3.4.6 未来时间步数的影响
    3.5 小结
4 基于边界条件转移的多模型自适应反演
    4.1 引言
    4.2 传热模型
    4.3 非线性传热过程反问题描述
    4.4 边界条件转移多模型自适应反演方案
        4.4.1 边界条件转移思想
        4.4.2 预测子模型集的建立
        4.4.3 灵敏度系数
        4.4.4 滚动优化
        4.4.5 特征变量及滚动优化结果的加权综合
        4.4.6 反演流程
    4.5 数值试验及讨论
        4.5.1 数值试验条件
        4.5.2 对流换热系数分布形式的影响
        4.5.3 待反演量数目的影响
        4.5.4 未来时间步数的影响
        4.5.5 流体温度的影响
        4.5.6 测量误差的影响
    4.6 小结
5 基于MMAI方法的钻孔工件温度场重构及验证
    5.1 引言
    5.2 工件温度分布数学模型
    5.3 钻孔工件传热反问题
    5.4 数值试验结果及讨论
        5.4.1 数值试验条件
        5.4.2 子模型数目的影响
        5.4.3 孔径尺寸的影响
        5.4.4 未来时间步数的影响
        5.4.5 测量误差的影响
    5.5 温度场重构结果的实验验证
    5.6 小结
6 BCT-MMAI方法在膜式水冷壁传热过程中的应用
    6.1 引言
    6.2 膜式水冷壁传热模型及反问题
    6.3 数值试验结果及讨论
        6.3.1 数值试验条件
        6.3.2 水冷壁时变传热边界条件的同时反演
        6.3.3 测量误差的影响
        6.3.4 未来时间步数的影响
    6.4 小结
7 总结与展望
    7.1 主要结论
    7.2 后续研究工作展望
参考文献
附录
    A 水冷壁圆管及鳍片上的角系数
    B 作者在攻读学位期间发表的论文目录
    C 作者在攻读学位期间参加的科研项目
    D 学位论文数据集
致谢

(2)船用柴油机排气消声器声学性能预测的边界元法及实验研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的来源、意义和目的
    1.2 边界元法的发展历史及现状
        1.2.1 传统边界元法(CBEM)
        1.2.2 快速多极子边界元法(FMBEM)
        1.2.3 双倒易边界元法(DRBEM)
    1.3 消声器测试技术的发展历史及现状
        1.3.1 消声器性能测量试验台
        1.3.2 消声器声学性能测量方法
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 静态介质中声学问题求解的边界元法
    2.1 引言
    2.2 声场控制方程
    2.3 传统边界元法
    2.4 快速多极子边界元法
        2.4.1 快速多极子方法
        2.4.2 Helmholtz方程基本解的多极子展开
        2.4.3 远场影响系数的计算
        2.4.4 FMBEM中矩阵与向量相乘积的计算过程
        2.4.5 FMBEM计算量和内存量的估计
        2.4.6 BICGSTAB(l)求解器
        2.4.7 程序设计
    2.5 消声器传递损失的计算
    2.6 计算实例与分析
    2.7 本章小结
第3章 流动介质中声学问题求解的双倒易边界元法
    3.1 引言
    3.2 流场与声场的控制方程
    3.3 不可压无旋流场的边界元法
    3.4 声场问题的边界元法
    3.5 四极参数与传递损失的计算
    3.6 计算实例与分析
        3.6.1 消声器四极参数的计算与分析
        3.6.2 消声器传递损失的计算与分析
    3.7 本章小结
第4章 声学子结构双倒易边界元法
    4.1 引言
    4.2 子结构双倒易边界元法
        4.2.1 声学结构的阻抗矩阵
        4.2.2 声学系统阻抗矩阵的计算
    4.3 计算实例与分析
        4.3.1 变截面管四极参数
        4.3.2 消声器的传递损失
    4.4 本章小结
第5章 排气消声器性能试验台的研制
    5.1 引言
    5.2 试验台的总体结构布置
    5.3 试验台系统的结构与组成
        5.3.1 风源
        5.3.2 燃烧系统
        5.3.3 控制柜
        5.3.4 波纹管与掺混室
        5.3.5 可移动底座、隔声罩和可调支架
    5.4 测量系统
        5.4.1 管道内流体参数测量系统
        5.4.2 试件参数测量系统
    5.5 控制系统
        5.5.1 PLC流量和温度模糊控制系统的工作原理
        5.5.2 PI模糊控制器的设计
        5.5.3 解耦模块
        5.5.4 试验分析及结论
    5.6 隔声罩
        5.6.1 试验台的声学特性
        5.6.2 隔声罩的设计
        5.6.3 试验分析
    5.7 排气噪声特性分析
    5.8 本章小结
第6章 管道和消声器声学性能的测量
    6.1 引言
    6.2 传递损失测量的两载法
    6.3 传声器的安装位置及校准
    6.4 声学性能测量结果及分析
        6.4.1 直管段的传递损失和四极参数
        6.4.2 锥管的传递损失和四极参数
        6.4.3 单级膨胀腔消声器的传递损失
        6.4.5 双级膨胀腔消声器的传递损失
    6.5 本章小结
第7章 排气消声器声学性能分析
    7.1 引言
    7.2 无流时消声器传递损失分析
    7.3 有流时消声器传递损失分析
    7.4 导流环结构对消声器传递损失的影响分析
    7.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表已完成的学术论文
致谢
附录
    附录A 式(3-27)中各项的推导
    附录B 式(3-41)中矩阵B的表达式
    附录C 程序列表

(3)垂直Bridgman法晶体生长中的非等温相变现象初探(论文提纲范文)

1 计算模型
2 加扩展项的轴对称双倒易边界元法
    2.1 边界元计算区域
    2.2 轴对称双倒易边界元法
    2.3 加扩展项的轴对称双倒易边界元法
3 计算结果
    3.1 数值方法的验证
    3.2 一维非等温相变现象
        (ⅰ)改变拉晶速度对溶质浓度分布的影响
        (ⅱ)一维瞬态非等温相变现象
    3.3 二维非等温相变现象
        (ⅰ)稳态计算
        (ⅱ)瞬态计算
        (ⅲ)非等温相变与等温相变温度场的比较
        (ⅳ)拉晶速度的影响
4 结论

(4)外热源温度场模拟及其在导热系数测试中应用(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 导热系数测定方法概述
        1.2.1 导热系数测定的重要意义
        1.2.2 导热系数测定现状
        1.2.3 导热系数测定原理与方法
    1.3 热传导数值求解方法概述
        1.3.1 基本概念
        1.3.2 热传导微分方程和定解条件
        1.3.3 温度场求解方法概述
第二章 课题内容及研究思路
    2.1 课题研究目的与意义
    2.2 研究内容
    2.3 技术路线
        2.3.1 软件的使用
        2.3.2 技术方案
第三章 点热源模型的导热过程模拟
    3.1 点热源物理模型和数学模型
    3.2 点热源模型的导热过程分析
        3.2.1 不同热流密度下导热过程的比较
        3.2.2 不同对流换热条件下导热过程的比较
        3.2.3 不同厚度的平壁导热过程的比较
        3.2.4 不同材质的平壁导热过程比较
    3.3 点热源法在线检测平壁导热系数方案的提出
    3.4 小结
第四章 热线法测试导热系数
    4.1 热线法测试导热系数的原理
    4.2 测试流程与方法
        4.2.1 实验设备
        4.2.2 测试装置及流程
    4.3 测试结果讨论
        4.3.1 结果讨论
        4.3.2 误差分析
    4.4 小结
第五章 线热源模型的导热过程模拟
    5.1 线热源物理模型和数学模型
    5.2 线热源模型的导热过程分析
        5.2.1 不同厚度模型导热过程的比较
        5.2.2 两种材料导热过程的比较
    5.3 测试与模拟的导热过程比较
    5.4 小结
第六章 点、线热源模型的比较
    6.1 两种模型解析解的分析
    6.2 点、线热源模型导热过程的比较
    6.3 两种模型在导热系数测试中的应用比较
        6.3.1 点热源模型在导热系数测试中的应用
        6.3.2 线热源模型在导热系数测试中的应用
    6.4 小结
第七章 结论
    7.1 本文研究的主要结论
    7.2 研究展望
参考文献
成果
致谢

四、分析半透明单晶生长传热过程的边界元方法(论文参考文献)

  • [1]非线性传热多模型自适应反演及应用研究[D]. 吕财. 重庆大学, 2019(01)
  • [2]船用柴油机排气消声器声学性能预测的边界元法及实验研究[D]. 王雪仁. 哈尔滨工程大学, 2007(06)
  • [3]垂直Bridgman法晶体生长中的非等温相变现象初探[J]. 刘捷,卢文强. 科学通报, 2006(20)
  • [4]外热源温度场模拟及其在导热系数测试中应用[D]. 李萍. 南京工业大学, 2005(04)
  • [5]分析半透明单晶生长传热过程的边界元方法[J]. 卢文强,范庆梅,郭文. 工程热物理学报, 2001(01)

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半透明单晶生长传热过程分析的边界元法
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