[发明专利]一种基于观测数据的多层介质温度分布计算方法和装置

说明书

本发明实施例提供的一种基于观测数据的多层介质温度分布计算方法和装置，包括：获取由多层介质组成的圆柱体的外圆半径，以及材料的热物理参数；其中，所述热物理参数包括比热容、物体密度和导热系数；根据热传导方程、热物理参数，以及第一类、第二类或第三类边界条件，结合边界上的可检测的温度或热流观测数据，构造数值计算格式；由边界上的可检测的温度或热流观测数据，依计算格式，计算出研究区上的温度场和热流场。本发明该方法利用研究区域边界上多类部分观测数据，设计稳定化算法，计算多层介质的温度场分布，填补该方面的数值方法和模拟技术空白。

技术领域

本发明涉及多层介质温度场分布数值模拟技术领域，具体涉及一种基于观测数据的多层介质温度分布计算方法和装置。

背景技术

多层材料在传热过程中，不同介质材料会导致不同的温度分布。温度在材料的内部随着位置而变化，材料最内侧的温度会随热传递的时间而变化。这类问题从20世纪80年代开始一直被广泛研究。1981年，顾延安研究了保温层外壁面温度，以及它的计算方法，通过理论推导给出了一种计算热损失的方法。2007年，白净选用第一类边界条件下的柱坐标形式的导热微分方程对圆筒壁内的温度分布进行计算和分析，得出结论等温面的热流密度相同。曾剑等考虑了一类热传导方程中间断扩散系数的反问题，证明了时间相对较小时，极小元的唯一性和稳定性。2018年，陈大伟利用热传导方程的差分格式对一维热传导方程的数值解进行计算并绘成图，从而直观地得到热传导媒介上的温度时空分布。目前，对于热传导方程解的研究并以此得到热传导媒介在传热过程中的温度分布的相关研究仍在继续。对于在部分边界上多类观测数据已知的情况下，如何计算多层介质的温度场分布，目前尚无公开的稳定化算法。

发明内容

因此，本发明为了填补现有多层介质的温度场分布，在部分边界上多类观测数据已知的情况下，数值方法和模拟技术的空白，本发明实施例提供一种基于观测数据的多层介质温度分布计算方法和系统，该方法利用研究区域边界上多类部分观测数据，设计稳定化算法，计算多层介质的温度场分布，填补该方面的数值方法和模拟技术空白。其具体技术方案如下：

为实现上述目的，本发明实施例提供一种基于观测数据的多层介质温度分布计算方法，包括步骤：

获取由多层介质组成的圆柱体的外圆半径，以及材料的热物理参数；其中，所述热物理参数包括比热容、物体密度和导热系数；

根据热传导方程、热物理参数，以及第一类、第二类或第三类边界条件，结合边界上的部分温度或热流观测数据，构造数值计算格式。

由边界上的部分温度或热流观测数据，依计算格式，计算出边界上的所有温度和热流数据；再计算出研究区上的温度场和热流场。

进一步的，所述热传导方程为：

所述热流密度的表达式为：

式中，c为比热容，ρ为物体密度，ω为导热系数，T_i(r,t)为热源在各层的温度表示，r为各层半径，f(r，t)，为各层初始温度。

进一步的，对所述热传导方程进行计算，得到所述热源的温度场分布，包括步骤如下：

分别计算得到所述热传导方程D矩阵、H矩阵；

根据所述D矩阵、H矩阵，得到所述温度场分布与所述D矩阵、H矩阵之间的关系。

进一步的，所述温度场分布与所述D矩阵、H矩阵之间的关系为：

本发明实施例的第二方面提供一种基于观测数据的多层介质温度分布计算装置，包括：

获取模块，用于获取由多层介质组成的圆柱体的外圆半径，以及材料的热物理参数；其中，所述热物理参数包括比热容、物体密度和导热系数；