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【6h】

基于反分析的溫變導(dǎo)熱系數(shù)材料、連續(xù)相變材料導(dǎo)熱系數(shù)測試方法研究

 

目錄

聲明

致謝

圖清單

表清單

變量注釋表

1緒論

1.1 研究背景

1.2 導(dǎo)熱系數(shù)測試方法研究現(xiàn)狀

1.2.1 常導(dǎo)熱系數(shù)測試方法研究現(xiàn)狀

1.2.2 隨溫度變化的導(dǎo)熱系數(shù)測試方法研究現(xiàn)狀

1.3 導(dǎo)熱反問題概述

1.4.1研究內(nèi)容

1.4.2技術(shù)路線

2基于反分析的溫變導(dǎo)熱系數(shù)材料導(dǎo)熱系數(shù)測試方法

2.1引言

2.2.1 導(dǎo)熱系數(shù)常單元近似

2.2.2 問題的數(shù)學(xué)描述

2.3.1 解析解介紹

2.3.2 計(jì)算實(shí)例

2.4.1 非迭代法的描述

2.4.2解的存在性和唯一性

2.4.3 非迭代法的計(jì)算實(shí)例

2.5 迭代法

2.5.1 迭代法的描述

2.5.2 迭代法計(jì)算實(shí)例

2.6 本章小結(jié)

3基于反分析的連續(xù)相變材料導(dǎo)熱系數(shù)測試方法

3.1 引言

3.2 土壤凍結(jié)過程數(shù)學(xué)模型及簡化

3.3.1 解析解介紹

3.3.2 計(jì)算實(shí)例

3.4.1 非迭代法描述

3.4.2 解的存在性和唯一性

3.4.3 非迭代法計(jì)算實(shí)例

3.5.1 迭代法的描述

3.5.2 迭代法計(jì)算實(shí)例

3.6 本章小結(jié)

4基于迭代法的徐州地區(qū)粉質(zhì)黏土導(dǎo)熱系數(shù)測試實(shí)驗(yàn)研究

4.1 引言

4.2.1 土樣來源

4.2.2 土樣性質(zhì)

4.3 土壤未凍水含量測試實(shí)驗(yàn)

4.3.1 核磁共振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹

4.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

4.3.3 數(shù)據(jù)分析

4.4.1 Hot Disk系統(tǒng)介紹

4.4.2 實(shí)驗(yàn)步驟

4.4.3 數(shù)據(jù)分析

4.5 土壤凍結(jié)過程溫度場測試實(shí)驗(yàn)

4.5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

4.5.2 實(shí)驗(yàn)步驟

4.5.3 數(shù)據(jù)分析

4.6 徐州地區(qū)粉質(zhì)黏土導(dǎo)熱系數(shù)迭代法計(jì)算結(jié)果

4.7 本章小結(jié)

5結(jié)論與展望

5.1 結(jié)論

5.2 展望

參考文獻(xiàn)

附錄

附錄A:函數(shù)εexp (ε2)[erfc(ε)-erfc(ηε)] (η>1)的單調(diào)性證明

附錄B:方程(2-13)兩邊的單調(diào)性證明

附錄C:方程(3-14)兩邊的單調(diào)性證明

附錄D:第二章計(jì)算程序

作者簡歷

學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明

學(xué)位論文數(shù)據(jù)集

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摘要

材料導(dǎo)熱系數(shù)的測試在生產(chǎn)生活,工程建設(shè),節(jié)能環(huán)保等各方面都有很重要的意義。目前已有的導(dǎo)熱系數(shù)測試方法大多是為常導(dǎo)熱系數(shù)開發(fā)的,而實(shí)際工程中導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度發(fā)生變化的材料隨處可見,此類材料導(dǎo)熱系數(shù)的測試有十分重要的工程意義。導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度發(fā)生變化的材料又可以分為溫變導(dǎo)熱系數(shù)材料和連續(xù)相變材料,二者的區(qū)別是前者不發(fā)生相變。 首先,通過閱讀整理文獻(xiàn),總結(jié)現(xiàn)有導(dǎo)熱系數(shù)測試方法及其局限性,了解溫變導(dǎo)熱系數(shù)材料和連續(xù)相變材料一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題的解析解,掌握matlab軟件。 然后,基于反分析提出了溫變導(dǎo)熱系數(shù)材料導(dǎo)熱系數(shù)的兩種測試方法。先學(xué)習(xí)半無限大溫變導(dǎo)熱系數(shù)材料的熱傳導(dǎo)問題的解析解,本文引用的是Tao解。再基于反分析提出兩種測量溫變導(dǎo)熱系數(shù)材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法。方法一,直接通過反分析得到的非線性方程組來獲取每個常數(shù)單元的導(dǎo)熱系數(shù)。應(yīng)用方法一時需要測量材料內(nèi)部溫度和表面熱通量度,方法一沒有迭代過程,應(yīng)用比較簡單。方法二,將導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算問題轉(zhuǎn)換為目標(biāo)函數(shù)最小化問題。目標(biāo)函數(shù)被定義為計(jì)算值和測量值之間的平方差的總和。使用Levenberg-Marquardt方法解決目標(biāo)函數(shù)最小化問題。應(yīng)用方法二時需要測量材料內(nèi)部兩點(diǎn)的溫度變化。然后針對溫變導(dǎo)熱系數(shù)材料,分別考慮了五種類型的導(dǎo)熱系數(shù),用上述兩種方法進(jìn)行實(shí)例計(jì)算,分析兩種方法的準(zhǔn)確度。計(jì)算結(jié)果表明兩種方法在測試溫變導(dǎo)熱系數(shù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)時誤差在7%以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)過程中表面熱流和溫度的測量誤差,導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化的形式以及常單元近似時子區(qū)間劃分個數(shù)等對測試結(jié)果均有影響。 其次,基于反分析提出了連續(xù)相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的兩種測試方法。先以土壤為研究對象,學(xué)習(xí)土壤在半無限區(qū)域中的熱傳導(dǎo)過程的解析解,本文引用的是周解。然后基于反分析提出兩種測試連續(xù)相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法。方法一,直接通過反分析得到的非線性方程組來獲取每個常數(shù)單元的導(dǎo)熱系數(shù)。應(yīng)用方法一時需要測量材料內(nèi)部溫度和表面熱通量度。方法二,將導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算問題轉(zhuǎn)換為目標(biāo)函數(shù)最小化問題。目標(biāo)函數(shù)被定義為計(jì)算值和測量值之間的平方差的總和。使用Levenberg-Marquardt方法解決目標(biāo)函數(shù)最小化問題。應(yīng)用方法二時需要測量材料兩點(diǎn)的溫度變化。最后針對連續(xù)相變材料,分別考慮了五種類型的導(dǎo)熱系數(shù),并用上述兩種方法進(jìn)行實(shí)例計(jì)算,分析了兩種方法的準(zhǔn)確度。計(jì)算結(jié)果表明兩種方法測試連續(xù)相變材料導(dǎo)熱系數(shù)均是可行的,且誤差在8%以內(nèi)。 最后,進(jìn)行徐州地區(qū)粉質(zhì)黏土導(dǎo)熱系數(shù)測試實(shí)驗(yàn),得到了三種不同初始含水率的徐州地區(qū)粉質(zhì)黏土不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)。結(jié)果顯示同一溫度下,初始含水率越大的土樣導(dǎo)熱系數(shù)也越大。同一初始含水率的土樣,導(dǎo)熱系數(shù)在負(fù)溫下比正溫下要大,且隨溫度減小(負(fù)溫)或增大(正溫)而增大。

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