应用模糊逻辑理论开展传热学反问题研究

传热学反问题广泛存在于科学研究和各工程技术领域。本项目针对传热学反问题的研究现状及存在的主要问题，应用模糊逻辑理论开展传热学反问题研究工作，重点研究传热学反问题的分散式模糊推理方法和传热学反问题的模糊正则化方法。针对传热学反问题的基本特点，提出适于解决传热学反问题的分散式模糊推理机制，研究典型传热学反问题模糊推理系统中自适应模糊规则的产生方法，在此基础上建立求解典型传热学反问题的模糊推理系统；针对传热学反问题正则化方法面临的核心问题，研究正则化参数的模糊推理方法，建立一种基于模糊推理的传热学反问题正则化方法-传热学反问题的模糊正则化方法。通过上述研究，形成一种以模糊推理为基础的传热系统反演方案，建立具有较低计算成本和良好抗不适定性，并能有效融合定性和定量知识的传热学反问题求解技术，为解决工程领域广泛存在的各类传热学反问题提供更加有力的支撑。

传热学反问题（Inverse Heat Transfer Problems，IHTP）在工程技术领域广泛存在。寻求具有良好抗不适定性的解决方案，是IHTP研究的关键所在，也是工程领域的切实需要。本项目提出应用模糊逻辑理论开展IHTP研究的新思路。主要研究内容和研究结果包括：.1、传热学反问题的分散模糊推理机制.针对传热系统所固有的信息空间分布特征，借鉴人工推理与决策过程中的信息处理模式，提出一种适于传热学反问题的分散式模糊推理机制和分散模糊推理结果的综合机制，建立了稳态传热反问题的分散模糊推理系统，有效地解决了传热系统热边界条件分布反演和几何形状反演等几类传热反问题。.2、传热学反问题的模糊正则化方法.合理确定正则化参数，有效地提高反演系统的综合性能，是依据正则化方法求解传热学反问题面临的核心问题。根据正则化参数与反演过程主要性能指标间的定性知识，建立了相关的模糊推理规则，根据反演过程性能指标在线调整正则化参数，形成了一种基于模糊推理的传热学反问题正则化方法，保证反演系统的综合性能。.3、非稳态传热过程的模糊自适应预测反演.针对非稳态传热过程，提出了一种基于预测控制理论的多个热边界条件的同时反演方案，利用系统历史信息预测测点温度，以滚动优化代替全局优化，避免了模型误差或环境干扰引起的不适定性。在此基础上，建立了一种传热过程模糊自适应预测反演方法，通过分散式模糊推理单元在线修正测点温度预测模型，为进一步深入研究非线性传热系统的反演问题奠定了基础。.4、基于模糊自适应Kalman滤波和系统降阶的热设备温度场实时重构.基于模糊自适应Kalman滤波和系统降阶技术，建立了一种热设备温度场的实时重构方法。通过传热模型降阶技术，显著降低了温度场重构结果对于测点数目依赖性；通过模糊推理自适应调整Kalman滤波过程噪声协方差，明显提高了温度场实时重构过程的稳定性。.5、相关的应用基础研究工作.利用上述成果研究了几类工程实际中的传热学反问题，取得了良好结果。主要包括：①外科微创手术中骨头磨削热反演及瞬态温度场重构；②锅炉膜式水冷壁局部辐射热流等热边界条件同时反演问题；③电站锅炉汽包温度场的实时在线监测；④连续铸造系统板坯结晶器内壁面热流分布反演；⑤加热炉内钢坯表面瞬态热负荷的同时反演；⑥工业窑炉内壁不规则几何形状反演。