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题名池沸腾强化传热中的三维瞬态热传导反问题
被引量：1
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作者
衡益
罗玖
杨青青
莫冬传
吕树申
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机构
中山大学数据科学与计算机学院
国家超级计算广州中心
广东省计算科学重点实验室
中山大学材料科学与工程学院
广东省先进热控材料与系统集成工程技术研究中心
中山大学材料学院
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出处
《科学通报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第18期1857-1874,共18页
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基金
国家海外高层次人才引进计划项目
广东省“珠江人才计划”引进高层次人才项目(2017GC010576)资助。
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文摘
回顾了近年来在池沸腾实验过程中衍生出的三维瞬态热传导反问题和相关计算方法的研究,提出了基于制定优化问题的Tikhonov正则化法和迭代正则化法来求解相关的反问题.在对前者的研究中,一种基于模型函数策略的改进Tikhonov正则化法被开发和用于快速估算最优正则化参数,从而加速整个反问题求解过程.对于后者,针对工程上可获得的高分辨率测量数据与有限微热电偶测量数据两种情况,开发了基于共轭梯度法的迭代正则化策略对相关反问题进行求解.近期,针对使用薄加热箔表面这一特殊池沸腾实验提出了一种新的两步直接法.该方法不需要求解大量由偏微分方程约束的优化问题,而是通过近似重构偏微分方程模型的Dirichlet边界条件,将不适定的反问题转化为一个适定的,易于求解的正问题.这种方法在计算效率方面具有优势.此外,在数值计算方面,由于实际实验的非均匀测量配置以及待估算的表面沸腾热流密度在空间和时间尺度上具有发生快速变化的特性,提出了一种新的随时间变化的有限元网格自适应细化策略来进一步加快反问题求解过程.该策略的准确性与效率通过几个典型工程案例得到了验证.基于此,在一个实际单泡核沸腾实验中重建了环状沸腾热流密度模式,与微层理论结论一致.在另一个全阶段的沸腾实验中,使用自研提出的计算方法所估算的表面局部沸腾热流密度峰值是大多数传统研究所获得的宏观平均热流密度的数十倍,乃至近百倍,所获结果揭示了池沸腾强化传热微观上的局部动态.这些针对池沸腾中三维瞬态热传导反问题的研究工作为进一步阐明池沸腾强化传热机理,探索微纳结构等一系列高效传热器件表面沸腾传热的极限,建立精确预测沸腾全过程的数值计算模型和进行基于模型的最优实验设计提供了一些理论指导建议.
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关键词
池沸腾实验
强化传热
三维瞬态热传导反问题
基于优化策略的正则化方法
两步直接法
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Keywords
pool boiling experiment
enhanced heat transfer
three-dimensional transient inverse heat conduction problems
optimization-based regularization methods
a direct two-step strategy
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分类号
TK124
[动力工程及工程热物理—工程热物理]
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