一、吸收散射性三维矩形介质内辐射源项的反问题（论文文献综述）
史景文[1]（2021）在《基于主被动层析的碳烟火焰三维温度及组分浓度重构研究》文中提出目前,化石燃料仍然是我国最主要的能源供给方式。燃烧作为将燃料化石能源转换为可利用热能的主要有效途径,对其进行深入的理论和实验研究,有助于分析理解燃烧的本质和规律,为进一步改进燃烧系统和优化设备运行提供参考数据。火焰的温度场测量,可以为燃烧机理研究以及污染物的排放控制提供有效的数据支撑。同时,典型燃烧产物组分的浓度也直接反应了设备燃烧室内的燃烧状态和燃烧效率。因此,提出新型的燃烧诊断测量技术,实现对高温火焰三维温度场、辐射物性场以及燃烧产物组分浓度场等多物理量场的协同重构,对于燃烧领域的科学研究有着非常重大的意义。然而,现有的光学层析燃烧诊断测量方法,无论是主动式还是被动式测量,都无法实现对高温火焰的温度及燃烧产物组分浓度场的三维空间协同重构。因此,本文提出了主被动光学层析融合探测方法,将主动激光层析吸收光谱技术和被动光场辐射成像层析探测技术相结合,建立了火焰三维温度场、辐射物性场、燃烧产物组分浓度场等多物理场协同重建模型与测量方法。碳氢火焰的燃烧产物组分往往包括H2O,CO2、CO等气体组分以及碳烟等固体颗粒物,因此,对火焰的测量必须同时考虑气固两相组分的影响,发展适用于高温碳烟火焰的多物理量协同测量十分有必要。为实现碳烟火焰的三维温度场和组分浓度场的协同重建,本论文首先构建了高温碳烟火焰的主被动光热信息融合获取模型,发展了基于视在光线法和广义源项多流法的吸收性火焰和吸收散射性火焰中弥散介质辐射传输的计算方法,实现了对高温碳烟火焰任意方向出射辐射强度的快速、精确计算。在此基础上,分别阐述了主动层析吸收光谱和被动光场辐射成像的基本理论和原理,为后续碳烟火焰温度场和燃烧产物组分浓度场的重建反问题提供了正问题计算模型。以主动激光吸收光谱理论为支撑,结合计算层析理论,对高温火焰的二维温度及H2O组分浓度的协同测量展开了研究,分别采用了线性和非线性层析吸收光谱测量模型进行数值仿真研究,分别应用代数迭代重构算法和基于自适应协方差矩阵的进化策略算法,对强病态性的重构问题进行了计算求解。在测量模型中加入了基于平滑先验信息的正则化方法,改善了病态问题的多解性,增强了重构结果的抗噪性。同时,将测量模型及算法应用于双峰分布的多模态火焰中,验证了测量模型及方法的适用性。基于主动激光层析探测的方法受到光学窗口以及光路布置的局限性,一般多用于二维火焰的燃烧诊断。实际中火焰多呈现三维非均匀分布,因此开展了基于被动光场辐射成像高温火焰三维温度场的重构研究。以波动光学的菲涅尔衍射定律和弥散介质辐射传输求解方法为理论基础,建立了适用于高温碳烟火焰的光场卷积成像模型。将火焰的二维光场图像为测量信号,对吸收性火焰和吸收散射性火焰及多峰分布的多模态火焰进行了三维温度重构的数值仿真研究,对温度重构质量的影响因素进行了分析,并结合贝叶斯理论模型,对测量方法的不确定度进行了分析。基于被动光场层析探测对火焰三维温度的测量,需要已知火焰内部的辐射物性参数,但在实际中辐射物性参数是未知的。因此,结合主动激光层析吸收光谱和被动光场辐射成像技术,提出了一种基于主被动层析融合的高温碳烟火焰多物理场协同重建方法。结合多谱段激光层析透射测量信号和火焰自发辐射光场测量信号,建立了基于主被动层析的多场协同重构模型,对高温碳烟火焰的辐射物性场、三维温度场以及气固两相燃烧产物组分浓度场的协同重构进行了模拟研究,并对多种测量信号的随机误差进行了误差传递分析。最后,对基于主被动层析融合的测量模型进行了实验验证。对典型高温碳烟火焰—乙烯扩散火焰的辐射物性场、三维温度场及燃烧产物气固两相产物组分浓度场的协同重构进行了实验研究,并与热电偶测量值进行了对比,验证了主被动层析融合测量系统的有效性。温度重构值与热电偶测量值的最大偏差为50 K,证明了温度测量的精度。将重构得到的辐射物性场、碳烟组分浓度场以及H2O组分分布与相关研究中的测量结果进行对比,对应分布趋势及数量级相一致,证明了测量方法的有效性。
魏琳扬[2]（2020）在《梯度折射率介质光热信息模拟及参数辨识》文中认为介质成分、密度、温度的非均匀性以及克尔效应、电致伸缩等作用会导致介质折射率的连续、非均匀分布,形成梯度折射率。由Fermat原理可知,光线在梯度折射率介质内沿曲线传播,会出现折射和全反射现象,导致辐射传输过程十分复杂。随着科学研究的深入,梯度折射率介质光热辐射传输在光学系统设计、医学成像诊断、大气遥感探测、光纤通信等工程领域中的重要作用逐渐受到重视,迫切需要精确模拟梯度折射率介质内光热能量传输特性,深入了解光热信息传输规律。其核心是研究梯度折射率介质的光热信息模拟和光热参数辨识,光热信息模拟的本质是光热辐射传输的精确求解,目前基于离散辐射传输方程的数值方法存在假散射和射线效应且方向离散不灵活等缺点,无法实现任意方向辐射信息的高分辨率精确求解,而高分辨率辐射信息的准确计算是进行光热参数辨识的前提,因此亟需发展新的适用于求解复杂梯度折射率介质内任意方向辐射强度的求解技术。参数辨识的本质是基于边界光热辐射传输测量信息重建梯度折射率、吸收系数、散射系数等物性参数场,梯度折射率介质的参数辨识属于典型的非线性及不适定性反问题,涉及多参数场协同重建,需要解决重建过程中的病态性、多值性等一系列问题。为此,本文围绕梯度折射率光热辐射特性和参数辨识开展相关研究,主要内容包括以下五个方面:发展了一种基于有限体积法的广义源项多流法。首先利用有限体积法求出介质内的源项分布,然后根据要求解的辐射强度方向,由龙格库塔射线踪迹法反向追踪确定光线在介质内部的传输路径,沿光线传输轨迹积分就可以得到对应的辐射强度,从而对半透明梯度折射率介质方向辐射信息进行求解。发展了一种基于辐射传递因子的积分方程法。采用反向蒙特卡洛法计算辐射传递因子数据库,利用辐射传递因子解决其复杂的积分问题,既简化了积分方程的积分过程,又保留了积分方程的精度。同时介质物性不变的情况下,辐射传递因子数据库只需要计算一次,因而又具有较高的计算效率,可以高效灵活地求解方向辐射信息。基于群体智能优化理论,建立了光热参数反演模型,对半透明介质空间相关和温度相关的折射率和吸收系数进行反演。引进了两种常见的群体智能优化算法（随机微粒群算法SPSO和教与学算法TLBO）,并对其进行了改进从而提高其计算精度和计算效率。并根据敏感性分析,提出了两步反演模型,实现了折射率和吸收系数的同时反演。针对群体智能优化算法无法实现多参数场协同重建及效率低下的问题,基于梯度下降优化理论,建立光热参数场重建模型,对半透明介质的梯度折射率场、吸收系数场及散射系数场进行了重建。引进了求解光滑非线性规划问题的序列二次规划算法（SQP）,采用罚函数降低其对初始解的依赖。基于激光辐照半透明梯度折射率介质瞬态辐射导热耦合换热模型,分别对吸收系数和散射系数场、吸收系数和梯度折射率场进行了重建研究,并发展了混合SPSO-SQP算法和两步重建模型,实现了多参数场协同重建。针对多参数场同时重建存在串扰及未知参数干扰的问题,基于光线弯曲传输理论,建立光线传输模型,根据Fermat原理（光线偏转与梯度折射率的关系）对梯度折射率场进行重建,再根据Bouguer定律（光线衰减与吸收系数的关系）对吸收系数场进行重建,该重建方案既避免了多参数场同时重建的串扰问题,又消除了其他未知参数对梯度折射率和吸收系数重建的影响,从而实现折射率场和吸收系数场的精确重建。
文爽[3]（2020）在《基于卡尔曼滤波的参与性介质时变热流与温度场在线重构》文中进行了进一步梳理参与性介质普遍存在于航空航天、能源动力等高新技术领域,例如,再入飞行器的热防护材料、航空发动机的高温陶瓷部件、航天飞机的光学窗口、太阳能集热器和涡轮发动机的隔热防护层等均属于参与性介质。为保证上述设备的安全高效运转,往往需要对其表面热流和内部温度分布进行近实时甚至是实时监测,但绝大多数情况下,由于表面恶劣的换热环境,基于现有的直接测量手段对上述设备边界瞬态热流和内部温度分布进行快速精确测量几乎是不可能的,必须通过间接手段（反演技术）重建得到。目前,边界时变热流和内部温度场的近实时甚至实时重建研究主要集中在纯导热领域,而参与性介质边界时变热流和内部温度分布的重建研究主要为基于传统梯度算法和随机搜索算法的离线方式。因此,亟需发展精确、强鲁棒性参与性介质边界时变热流场及内部温度场同时在线重建方法。本文围绕参与性介质边界时变热流场和内部温度场同时近实时甚至实时重建这一主题,分别引入适用于线性系统的标准卡尔曼滤波技术、适用于弱非线性系统的扩展卡尔曼滤波技术以及适用于强非线性系统的无迹卡尔曼滤波技术对上述问题展开研究。主要工作可以概括为以下几个方面:基于实时重建卡尔曼滤波理论,对标准卡尔曼滤波技术、扩展卡尔曼滤波技术和无迹卡尔曼滤波技术等在线重建算法进行了详细理论推导,同时概述了广泛用于导热反问题的标准卡尔曼滤波耦合递归最小二乘方法,分别采用标准卡尔曼滤波技术及其耦合算法对纯导热问题中的边界瞬态热流场和内部温度场进行了实时重建,并基于实验测量的温度信息,对所提出算法的有效性和可靠性进行了验证。针对光热物性参数不随温度变化的参与性介质内的辐射导热耦合换热问题,基于参与性介质的边界温度信息,分别采用标准卡尔曼滤波技术和标准卡尔曼滤波耦合递归最小二乘法对均匀折射率介质表面边界时变热流和内部温度分布进行了实时重建。结果表明,标准卡尔曼滤波方法的稳定性及适用范围远超耦合算法。在此基础上,基于标准卡尔曼滤波技术构建了梯度折射率介质边界时变热流和内部温度分布实时重建模型。针对参与性介质光热物性参数与温度相关的问题,分别基于标准卡尔曼滤波技术和扩展卡尔曼滤波技术构建了二维非线性辐射导热耦合换热中边界时变热流场及内部温度场的同时重建模型,结果表明标准卡尔曼滤波不能对上述参数进行精确重构。此外,基于扩展卡尔曼滤波技术和无迹卡尔曼滤波技术实现了非线性辐射相变耦合换热中边界瞬态热流、内部温度场及相界面的同时实时重建,结果表明扩展卡尔曼滤波技术仅能有效求解弱非线性问题。在此基础上,基于无迹卡尔曼滤波技术对参与性介质光热物性参数、温度场和边界热流进行了重建研究,发现若对上述参数进行同时实时重建至少需要两个位置的测量信息。为提高重建结果的精度和稳定性,引入利用未来一小段时间内测量信息的平滑技术,基于未来一小段时间内的温度信息,采用无迹卡尔曼滤波技术耦合固定区间平滑技术对非线性辐射导热耦合换热中的边界时变热流和内部温度分布进行了近实时重建,重建结果表明引入固定区间平滑技术之后,重建边界热流的时滞性和稳定性及重建温度分布的精度均得到显着改善。通过分析未来温度信息对重建结果的影响,发现仅距预测点未来一小段时间内的温度信息有利于提高重建精度和稳定性。
王丹丹[4]（2019）在《辐射传热蒙特卡洛法计算精度的精确评价及数值试验研究》文中研究表明辐射传热是能源动力、航空航天等领域的基础问题。热辐射数值计算方法做为辐射传热问题的主要研究方式逐渐显现出重要地位和作用。蒙特卡洛方法（Monte Carlo Method,MCM）可以精确地处理光谱特性、非均匀介质、各向异性散射及复杂几何形状等复杂辐射计算问题,已经成为解决辐射传热问题的主要数值方法之一。蒙特卡洛方法是统计模拟方法,其计算结果不可避免会引入统计误差。随着蒙特卡洛法在热辐射数值模拟计算应用范围的不断扩展,如何定量分析和评估其计算结果的误差及精度已成为关注的焦点,建立公认的数值误差分析和精度评估方法成为蒙特卡洛法主要研究内容之一。揭示蒙特卡洛统计误差出现的机理,准确把握多种因素对计算精度和计算效率的影响,可为蒙特卡洛数值模拟方法可靠性评价及其应用扩展提供参考。辐射温度平衡条件下蒙特卡洛法计算辐射传热问题的精度评估分析。将密闭辐射传热系统设置为等温和辐射平衡态,以此为基础提出一种直接地精确评价辐射传热蒙特卡洛法计算精度的方法。针对固定不变且均匀分布的表面和空间介质辐射特性,研究了单元发射能束数（the number of energy bundles,NEB）,离散网格密度（the mesh density level,MDL）和介质单向单网格平均光学厚度（the mean optical thickness per element,MOTE）等因素对辐射传递蒙特卡洛法计算精度的影响。MOTE是评估表面热通量计算误差的关键尺度参数:对于不同的网格密度MDL和系统的光学厚度,如果MOTE变化不大,那么使用相同NEB蒙特卡洛计算误差水平也不会发生显着变化。分别建立蒙特卡洛计算表面热通量和空间热通量散度的最小误差与NEB之间的比例关系。若在可接受的成本下设定要达到的辐射传热计算误差水平为1.0%,则表面单元最小NEB为3000,空间单元最小NEB为750。对辐射传热系统表面发射率和参与介质的散射反照率等物理条件的变化引入的误差进行评估,对多种辐射特性条件下蒙特卡洛法计算热辐射的精度进行定量评价。介质散射反照率的变化对热辐射计算精度的影响不大。当MOTE小于0.1时,表面发射率从0.1增大至0.9,表面和空间热通量最小计算误差水平会增大3到4倍左右,但与MOTE的关联不大;运用双线性拟合法分别建立表面和空间单元最小误差值与两个独立的影响因素（能束数和表面发射率）的双线性函数关系,便于根据计算误差水平的要求选择合适的空间离散网格密度和蒙特卡罗计算能束数。两种特殊的温度非平衡态辐射传热的蒙特卡洛计算精度评估。立方体密闭腔内部温度在空间分布不均匀造成辐射非平衡状态,表面单元辐射热通量和/或空间体积单元辐射热通量散度在介质光学厚度极限薄或极限厚条件下出现极限收敛值,将之作为极限条件下辐射热通量的精确值。通过分析极限收敛值和蒙特卡洛法计算结果的偏差得到非平衡状态下蒙特卡洛法的计算精度。当介质光学厚度低于0.001左右时,表面和空间单元计算误差保持在最小误差水平;而能束数的变化直接影响到最小计算误差水平的高低。当能束数每增加两个数量级时,计算误差会降低一个数量级。当能束数达到10000能束时,表面辐射热通量最小计算误差达到1.0%,计算精度达到期望精度值。对于空间辐射热通量散度计算要达到可接受精度所需的最小能束数在3000能束左右。对蒙特卡洛法的计算效率进行定量分析。蒙特卡洛法计算时间和计算精度有紧密联系。能束数NEB每增加一个数量级,计算时间将增加约一个数量级。网格密度每增加一倍,计算时间也会增加约10倍。当网格密度和单元发射能束数固定不变时,蒙特卡洛法计算时间受到表面发射率、介质散射反照率及光学厚度的影响;MOTE小于0.1时,蒙特卡洛法计算时间仅仅与表面发射率的大小有关,随着表面发射率的增大而减少;MOTE大于0.1,蒙特卡洛法计算时间受到介质散射反照率以及光学厚度的影响,计算时间随着介质散射反照率的增大而增加,而光学厚度增大会导致计算时间下降,此时表面发射率对计算时间的影响不大。蒙特卡洛模拟计算过程要在最优性能基础上达到可接受精度,并不是无限制增加能束数减小计算误差,而是在最小能束数附近可获得,使计算成本和计算精度达到最佳平衡。
于晓滢[5]（2019）在《半透明材料光热特性的调制热波检测方法研究》文中研究表明半透明介质在航天航空、工业制造、生物医学等领域有着广泛的应用背景,如耐高温器件、热防护材料、发动机尾喷焰等,其中半透明介质的光热特性是描述光热辐射传输过程的基础,因此相关测量研究对于高尖科技领域组件无损检测、生物组织医学成像、临床诊断治疗等都具有重要的应用价值。本文结合当前的材料热物性测量方法、红外热波雷达检测技术和反问题优化算法对半透明介质在调制热波下的光热特性检测方法进行研究,主要研究内容包括以下几个方面:首先介绍了针对半透明介质光热特性测量的正反问题的求解方法研究,对于正问题,根据介质内部换热过程的不同建立不同的正问题模型,针对纯导热模型采用有限体积法进行求解,针对辐射导热耦合模型,采用有限体积法-离散坐标法进行耦合求解;对于反问题,根据正问题得到的测量信号建立目标函数,根据待反演参数的数目及相关性,分别选择智能优化算法和序列二次规划算法进行优化,并针对算法出现无法收敛的现象进行改进。其次进行调制热流激励下的一维介质光热特性的研究。针对纯导热模型,基于周期热流法原理,结合数值仿真和信号处理方法,计算得到介质的导热系数,并通过分析激励热流的特征、待测介质的物性及特征尺寸等因素对于测量结果的影响得到提高测量精度的方法;针对辐射导热耦合模型,引入反问题优化算法,以介质中各点的温度信息作为测量信号对介质的光热参数进行反演,对介质内部参数均匀分布和线性分布的算例分别进行计算并得到了准确的结果,验证了采用该方法进行物性测量的实用性。最后进行调制热流激励下的二维介质光热特性的研究。建立内部含有缺陷的半透明介质二维传热模型,引入红外热波雷达检测技术的基本原理,对比三种信号处理算法的特征图像,选择最佳方法进行信息提取,并分析激励热源及缺陷的特征参数对探测能力的影响,实现对内部缺陷的快速锁定,并结合序列二次规划算法,完成对介质内部光热参数场的重建,并针对含有不同数目及分布形式内部缺陷的ZnS和SiC两种材料进行导热系数和吸收系数的重建验证了该方法的有效性,最终实现对材料光热特性的检测。
林楠[6]（2019）在《梯度折射率火焰三维温度场测量》文中提出在高温工业设备中,温度是非常重要的热工参数之一,通过对火焰温度分布的实时测量,能够进一步计算火焰的浓度和密度分布,探讨出包括燃烧反应的速率、燃烧产物的生成、燃烧火焰的结构等物理过程和化学机理,全方位了解燃烧过程,进而对火焰燃烧效率做出准确评估。目前的火焰测温通常在涉及参与性介质内辐射传输的计算时,总是以均匀介质作为假设前提,但由于工业生产中的火焰内部介质折射率往往因其温度、压强或组成成分等因素呈现不均匀分布的状态,因此,本文在现有的火焰图像法温度测量技术基础之上,提出了一种考虑介质折射率梯度的火焰三维温度场测量方法。本文首先详细叙述了基于直角坐标系的有限体积法求解梯度折射率介质辐射传输方程的理论过程,然后结合有效介质理论和火焰辐射光线追迹原理,提出了梯度折射率介质下的火焰辐射传输模型。分别针对辐射平衡问题及传热平衡问题,通过数值模拟的方式分别计算了一维和二维梯度折射率介质内的温度场和边界的辐射热流密度,通过与文献中的结果对比,验证了梯度折射率介质辐射传输模型求解结果的正确性。并将该方法应用到三维火焰辐射模型中,分别研究火焰尺寸和火焰内部炭黑颗粒浓度对火焰成像和火焰重建结果的影响。结果表明,在火焰成像过程中,火焰的尺寸越大,内部炭黑颗粒浓度越高,传统的均匀介质辐射模型和梯度折射率介质辐射模型的成像差异就越大;而在火焰重建过程中,同样的,火焰尺寸越大,两种模型的重建效果差异越明显,炭黑颗粒浓度也对火焰重建效果有一定的影响,在碳氢火焰的大致范围内,随着炭黑浓度的增大,梯度介质模型的重建精度呈现先增大后减小的趋势。开展了折射率对光线影响的实验研究,通过激光光斑的中心位移和光斑面积大小的改变验证了火焰三维温度场重建过程中考虑折射率梯度的必要性;然后搭建了火焰辐射三维温度场测量实验系统,采用梯度折射率介质下的火焰辐射传输模型对相机采集得到的火焰图像进行三维温度场反演计算,并将重建出的三维温度场分布结果与实验中热电偶探测到的温度结果以及参考文献中均匀介质模型三维温度场结果进行对比,与均匀介质模型的三维结果相比,梯度介质模型的重接结果要更精确;基于研究的梯度折射率介质下的三维温度场重建算法,开发了一套火焰三维温度场在线测量系统并完成了系统测试和评价。
孙双成[7]（2018）在《激光辐照下含异质体半透明介质光热参数场重建》文中研究指明半透明介质广泛存在于航天器热防护材料、火箭发动机羽流、炉膛火焰、涡轮发动机耐高温组件等多个领域,日常生活中的水、玻璃、空气、生物组织等也都属于半透明介质的范畴。介质的光/热特性是光辐射传输分析、传热过程计算的理论前提,然而在很多情况下光/热特性无法直接测量,需要采用最优化理论重建得到。半透明介质光/热参数场重建对于半透明材料无损检测、生物组织医学成像、高温火焰燃烧诊断等具有重要的实际应用价值,深入开展半透明介质多宗量场重建研究具有深远的科学意义和广阔的应用前景。然而,目前在半透明介质光学参数场重建方面,仍存在成像质量差、计算效率低等问题,建立高效准确的光学参数场重建模型仍是目前亟待解决的技术难题。在光热参数场同时重建方面,目前国内外研究较为欠缺,测量信号关于光学参数和热物性参数敏感度相差较大导致同时重建误差大的问题尚未解决,亟需建立准确稳定的光热参数场同时重建模型。本文从激光与半透明介质的相互作用出发,对超短脉冲激光作用下半透明介质光学参数重建、脉冲激光加热下半透明介质光热参数同时重建及调制激光激励下半透明介质光热参数场快速同时重建进行系统的研究与分析。具体研究内容包括以下五个方面:首先,概述了求解辐射反问题的最优化理论,总结了群体智能优化算法及梯度优化方法在反问题求解中各自的优缺点;提出了改进磷虾群算法和改进群居蜘蛛优化算法,采用五个标准测试函数对比了各种智能算法的计算性能,结果表明改进磷虾群算法在计算精度和结果稳定性方面都明显优于其它算法;综述了梯度优化算法的基本求解思想,针对优化阶段后期计算速度下降的问题,引入了重启动共轭梯度法和携带Maratos效应应对策略的序列二次规划算法两种改进模型,提高了优化问题的求解效率。其次,研究了超短脉冲激光作用下半透明介质内时域辐射传输模型和频域辐射传输模型;分析了介质边界辐射响应信号与介质光学参数之间的敏感性关系,采用改进磷虾群算法重建了均匀半透明介质的光学参数,最大相对误差仅为0.02%;利用梯度优化算法重建了非均匀半透明介质内部光学参数场,对比了频域辐射传输伴随差分模型、频域辐射传输伴随方程模型和时域辐射传输伴随方程模型在光学参数场重建中的计算效率和精度,结果表明伴随方程法重建效率高于伴随差分法,时域辐射传输模型重建精度高于频域辐射传输模型,据此建立了基于时域辐射传输伴随方程法的高效、准确、稳定的光学参数场重建模型。再次,利用辐射源项耦合的方法描述了激光加热下半透明介质内的辐射导热耦合换热;采用改进磷虾群算法同时重建了均匀半透明介质的光热特性,并分析了测量误差对重建结果的影响,当测量误差增加至5%时,最大重建误差仅为2.51%,表明重建模型具有较强的鲁棒性;分析了边界测量信号对介质光热参数的敏感度,结果表明光响应信号对介质光学参数更敏感,而热响应信号主要对介质热物性参数敏感,在此基础上提出了多阶段优化策略,准确同时重建了非均匀半透明介质内吸收系数、散射系数和导热系数分布。然后,将锁相热成像技术引入到半透明介质光热参数场的反演,并与多阶段优化策略相结合,提出了更加高效的锁相定位重建方法,结果表明该方法可以大幅度提高光热参数场同时重建的计算效率和精度,并克服了传统优化方法对正则化约束的依赖性,具有更强的实用性;利用该技术准确重建了两种含异质体多孔陶瓷的吸收系数、散射系数和导热系数分布。最后,开展了半透明介质光热参数场重建的实验研究,重建了含异质体碳化硅陶瓷材料内吸收系数、散射系数和导热系数分布,结果表明理论模型和实验装置具有良好的可靠性;分析了异质体大小、深度、尺寸因子等几何参数对锁相热成像结果的影响,发现当尺寸因子小于2.0或探测深度达到5.0 mm以上时,难以根据锁相热成像结果准确地确定异质体位置;针对尺寸因子较小的测试样品,建立了异质体位置及光热参数联合重建的计算模型,准确重建了半透明介质光热参数分布。
刘华[8]（2017）在《纳米复合隔热材料高温耦合传热实验测量及物性参数辨识》文中进行了进一步梳理由SiO2气凝胶与红外遮光剂、纤维增韧剂构成的纳米复合隔热材料,具有孔隙尺度小、孔隙率高、导热系数和密度低、对高温红外辐射衰减强等特征。作为一种轻质高效的新型高温隔热材料,其在高超声速飞行器热防护等高温工程领域有重要的应用前景。高温下,纳米复合隔热材料的热量传递涉及多组分微纳复合结构的多尺度导热、辐射及气相导热的瞬态耦合,热输运机制复杂。除微观尺度的传热机理外,通过连续介质层次的数值模拟与实验研究,掌握此类材料的高温耦合传热机理和特性规律,获得其高温热特性基础参数数据、实现准确的高温隔热特性及影响因素预测,是指导材料研制与热结构设计的前提依据和基础支撑。本文针对纳米复合隔热材料的高温瞬态耦合传热特性预测和辐射、导热性质参数获取,开展了连续介质层次的耦合传热机理分析、高温特性实验测量与热性质参数辨识几方面研究。根据对纳米复合隔热材料成份、微观结构的基本认识,建立了吸收散射性介质的辐射-导热耦合传热模型,分别采用蒙特卡洛法（MCM）、二流近似、P1近似和Rosseland扩散近似四种辐射传递求解方法,结合求解能量方程的有限体积法,编制了材料内辐射-导热耦合传热计算程序。在此基础上,基于Mie理论预测材料的光谱辐射性质、结合导热性质估计,初步分析了纳米复合隔热材料的耦合传热机理,明确了其对红外辐射的强衰减特征,从求解精度和计算效率两方面,考察了辐射模型求解方法的适用性,明确了二流近似辐射模型及求解方法更适用于纳米复合隔热材料的辐射传热求解。为获取纳米复合隔热材料的高温辐射、导热性质参数,研究基于材料的高温耦合传热瞬态特性实验测量数据的多参数联合辨识模型;采用群体智能优化的遗传算法,考虑材料导热与辐射性质参数的温度依变性,构建了材料等效导热系数、真实导热系数和辐射特性参数两类辨识问题的反演方法、编制了计算程序。通过分别对典型材料的温度依变性等效导热系数、辐射与导热性质参数辨识的数值实验,验证辨识模型、反演算法和计算程序的可靠性。针对含铁量不同的四种玻璃材料,实验测量了13731823 K温度范围的熔融态玻璃层高温热特性数据;反演辨识出玻璃材料的高温导热系数和吸收系数数据。通过与公开文献中相关数据的对比分析,进一步验证了所建立的辐射-导热多参数辨识方法及计算程序的可靠性。针对纳米复合隔热材料的高温耦合传热实验设计、测量与参数辨识的多因素不确定性问题,基于克拉美罗下界（Cramér-Rao lower bound,CRB）方法,考虑参数辨识中涉及的各种实验测量误差,建立了材料高温辐射与导热性质多参数辨识的不确定度分析方法。结合实验测量方案,利用该方法进行先验估计,分析了多误差因素存在下参数辨识结果的不确定度及各误差因素的贡献份额,并对高温实验测量中的温度传感器布置进行优化设计。研制了纳米复合隔热材料高温瞬态传热特性实验测量装置,可实现近真空到200 k Pa气压、2300 K以下的高温辐射加热环境模拟,用于纳米复合隔热材料、光学窗口材料、多孔泡沫材料、陶瓷等固体材料样件的高温瞬态传热过程实验研究,测量获得温度、热流密度及背面红外热像图谱数据。通过多维耦合传热数值模拟分析、结合多点热电偶测温结果,验证了高温实验过程中试件测量区的一维传热特征。利用该实验装置,开展了氮气环境中孔隙率约为83%的某新型纳米复合隔热材料高温瞬态传热特性实验测量,获得了压力0.01 Pa100k Pa、温度290 K1190 K范围内的瞬态温度响应和稳态热流密度数据。基于材料的高温热特性实验测量数据,通过辐射-导热瞬态耦合过程的多参数辨识反演,获得了纳米复合隔热材料等效导热系数、真实导热系数、Rosseland平均输运衰减系数和散射反照率等随温度、压力变化的参数数据。利用上述辐射、导热性质参数数据,通过数值模拟与另外开展的实验测量结果比较,验证了辨识所得辐射与导热性质参数的可靠性。进一步,考虑材料传热计算中各不确定参数的误差水平,采用蒙特卡洛法随机抽样确定计算参数,进行辐射-导热瞬态传热过程数值模拟;通过对上千次模拟结果的统计分析,对该新型纳米复合材料的高温隔热性能进行了概率评估。通过研究,建立了纳米复合隔热材料高温耦合传热特性的分析方法和实验测量手段,获得了某新型纳米复合隔热材料的辐射、导热性质参数及其温度、压力依变性规律,实现了其高温瞬态隔热性能评估。为深入认识此类隔热材料的高温传热机理、预测其瞬态隔热性能、进行可靠的防隔热设计提供了理论基础和技术支撑。
何明键[9]（2017）在《基于李群打靶方法的辐射—导热反问题研究》文中提出辐射—导热耦合换热有着广泛的工业应用背景,许多热力过程和工程应用领域都涉及到了辐射—导热耦合换热。半透明材料的辐射—导热物性参数是对传热过程进行控制和优化的基础,准确测量材料的物性是具有关键性意义的。但是,大部分情况下材料的物性参数是无法直接测量的,通过传统的测量方法得到的往往是材料的等效物性,而非材料的真实物性,对物性的精确获取通常需要通过反演的方法,因此,通过测量介质在传热过程中所表现出来的光热信息来反演介质内部的物性是具有重要的理论和实际意义的。作为一种比较新颖的反问题方法,李群打靶方法主要用于热传导反问题中对导热系数、热源、初始条件等的反演,本文首次将李群打靶方法引入辐射—导热耦合换热反问题领域,主要研究内容包括以下几个方面:深入研究了李群打靶方法的理论,将该方法与现有用于辐射—导热反问题的方法进行了对比,分析了将该方法引入辐射—导热反问题领域的可行性。针对辐射源项解耦处理的辐射—导热耦合能量方程,将离散坐标法作为求解辐射传递方程的正问题方法,基于李群打靶方法,分别对均匀折射率介质内不同分布形式的非均匀导热系数和吸收系数进行了反演,后又对梯度折射率介质内非均匀分布的折射率进行了反演。针对光学厚度较大的半透明介质,分别在不同的物性参数条件下,分析了Rosseland扩散模型的适用性。针对Rosseland扩散方程,基于李群打靶方法,分别对一维光学厚半透明介质内部的光热物性进行了反演。对不同分布形式的非均匀导热系数和衰减系数进行了独立以及同时反演,后又分别对随温度变化的导热系数和衰减系数进行了反演。
乔要宾[10]（2017）在《基于时频光信息的弥散介质非均匀光学参数场重建》文中认为弥散介质广泛存在于发动机羽流、生物组织、炉膛火焰,红外涂层、气溶胶颗粒和陶瓷热防护材料等领域,其内部光学参数场分布是研究辐射传输过程的基础,但是大多数情况下,介质内部的光学参数场分布是未知的。这些内部参数场不能直接测量获得,需要利用最优化算法重建得到。在目前的光学参数场重建研究中,普遍存在反问题求解效率偏低、重建结果误差较大等问题,特别是吸收系数和散射系数等多光学参数场同时重建时的串扰（cross-talk）问题仍未解决。因此,亟需发展高效、准确、鲁棒性好的光学参数场重建技术。本文围绕弥散介质光学参数场重建这一主题,相继以扩散近似模型、频域辐射传输方程和时域辐射传输方程为基础开展研究,逐渐提高算法的精度和求解效率,最后构建了高效、准确的重建算法并克服了串扰问题。主要工作可以分为以下几个方面:首先,对弥散介质内光学参数场重建问题和基于梯度的数值最优化算法进行了系统的介绍,重点对共轭梯度法进行了阐述,分析了光学参数场重建技术的核心问题,并采用基于广义高斯-马尔克夫随机场模型的正则化技术克服光学参数场重建问题的病态特性,以扩散近似方程为正问题模型,共轭梯度法为反问题求解算法,重建出了介质内的吸收系数、约化散射系数和扩散系数场,重建的光学参数分布图像能够清晰地显示出介质的内部结构,而且正则化技术有效地提高了重建精度。其次,针对扩散近似方程仅适用于散射占优介质的局限性,开展适用于任意弥散介质的基于频域辐射传输方程的光学参场重建研究,分别考虑伴随差分法和伴随方程法来求解目标函数关于光学参数的梯度,结合共轭梯度法同时重建散射占优介质和吸收散相当介质内的吸收系数场和散射系数场,结果表明改进的伴随差分法能够准确地求解频域模型的目标函数梯度,伴随方程法能够采用简易的光源模型有效重建介质内的光学参数场。为了进一步提高光学参数场重建技术的精确性,基于时域辐射传输方程开展重建算法研究;采用多次启动技术提高了共轭梯度法的收敛效率和精度,基于时域信息重建的结果精度明显高于基于频域的结果;针对目标函数梯度求解和精确一维搜索消耗大量计算时间的问题,提出基于序列二次规划算法结合伴随方程法来提高重建效率,构建了一种效率和精度兼并的时域光学参数场重建算法,能够快速、准确地重建出弥散介质内的吸收和散射系数场,而且表现出了很好的鲁棒性;继而将时域光学参数场重建技术引入了荧光成像的研究中,能够同时准确地重建出不同对比度的荧光团图像。最后,采用时间相关单光子计数器和多通道光开关搭建了多维时域红外辐射信号测量平台,对测量系统的稳定性、单光子计数器的主要参数进行校验;通过环氧树脂分别制作了光学参数均匀和非均匀的仿体,测量了超短脉冲激光作用下不同仿体的出射信号,测量信号与时域辐射传输方程的模拟信号吻合得较好,通过测量信号能够准确地重建出非均匀仿体内的吸收和散射系数场,验证了算法的有效性。
二、吸收散射性三维矩形介质内辐射源项的反问题（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、吸收散射性三维矩形介质内辐射源项的反问题（论文提纲范文）
（1）基于主被动层析的碳烟火焰三维温度及组分浓度重构研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 主动式光学层析探测燃烧诊断方法 |
| 1.2.2 被动式光学层析探测的燃烧诊断方法 |
| 1.2.3 病态辐射反问题研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 高温碳烟火焰的主被动光热信息获取模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 弥散介质火焰辐射传输求解模型 |
| 2.2.1 纯吸收弥散介质辐射传输模型 |
| 2.2.2 强散射型弥散介质辐射传输模型 |
| 2.3 主被动层析光热探测信息模型 |
| 2.3.1 基于吸收光谱的主动层析探测信息获取模型 |
| 2.3.2 基于光场辐射成像的被动层析探测模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于主动光学层析的高温火焰多参数测量 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 线性层析吸收光谱的火焰参数测量 |
| 3.2.1 线性层析吸收光谱测量模型 |
| 3.2.2 代数迭代重建算法 |
| 3.2.3 重建结果及讨论 |
| 3.3 非线性层析吸收光谱的火焰参数测量 |
| 3.3.1 非线性层析测量模型 |
| 3.3.2 基于非线性层析吸收光谱的温度及浓度协同重建模型 |
| 3.3.3 自适应协方差矩阵的进化策略算法 |
| 3.3.4 重建结果及讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于被动光学层析高温火焰三维温度测量 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于光场卷积成像的火焰温度测量模型 |
| 4.2.1 基于波动光学的光场卷积成像 |
| 4.2.2 三维碳烟温度场重构模型 |
| 4.2.3 基于测量模型的反问题分析 |
| 4.3 高温碳烟火焰三维温度重构结果及分析 |
| 4.3.1 多模态火焰碳烟温度重构结果 |
| 4.3.2 碳烟温度重构结果的影响因素 |
| 4.3.3 平滑正则化方法对温度重构质量的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于主被动层析融合高温火焰多参数场测量 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 主被动层析融合的火焰多参数场测量模型 |
| 5.2.1 测量基本原理 |
| 5.2.2 高温火焰辐射物性与三维温度场协同重构模型 |
| 5.2.3 高温碳烟火焰气固两相燃烧产物组分浓度场协同重构模型 |
| 5.3 高温碳烟火焰辐射物性与三维温度场协同重构 |
| 5.3.1 均匀分布的辐射物性场与三维温度场的协同重构 |
| 5.3.2 二维非均匀辐射物性场与三维温度场的协同重构 |
| 5.3.3 三维非均匀辐射物性场与三维温度场的协同重构 |
| 5.4 高温碳烟火焰气固两相燃烧产物组分浓度场协同重构 |
| 5.4.1 高温碳烟火焰碳烟颗粒组分浓度场重构 |
| 5.4.2 高温碳烟火焰气相产物 H_2O 组分浓度场重构 |
| 5.4.3 气固两相协同重构的误差传递分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 基于主被动层析融合的乙烯扩散火焰多参数场实验测量 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验系统及装置 |
| 6.2.1 乙烯共流燃烧器 |
| 6.2.2 热电偶测量系统 |
| 6.2.3 主动层析探测实验系统设备及装置 |
| 6.2.4 被动光场层析探测实验系统设备及装置 |
| 6.3 基于主被动层析融合探测实验系统 |
| 6.3.1 基于主动激光层析探测实验 |
| 6.3.2 基于被动光场层析探测实验 |
| 6.4 实验结果与分析 |
| 6.4.1 不同燃烧实验工况对比分析 |
| 6.4.2 基于主被动层析融合的高温碳烟火焰多物理量场协同重建 |
| 6.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（2）梯度折射率介质光热信息模拟及参数辨识（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究状况 |
| 1.2.1 半透明介质辐射传输研究 |
| 1.2.2 梯度折射率介质辐射传输研究 |
| 1.2.3 半透明介质光热参数反演研究 |
| 1.2.4 梯度折射率介质光热参数反演研究 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 基于广义源项多流法的梯度折射率介质光热信息模拟 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于有限体积的广义源项多流法 |
| 2.2.1 梯度折射率介质的光线轨迹求解技术 |
| 2.2.2 梯度折射率辐射传输方程 |
| 2.2.3 GSMFM数学理论及算法模型 |
| 2.3 梯度折射率介质任意方向辐射强度求解 |
| 2.3.1 GSMFM验证 |
| 2.3.2 一维梯度折射率介质 |
| 2.3.3 二维梯度折射率介质 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于辐射传递因子-积分方程法的梯度折射率介质光热信息模拟 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 辐射传递因子-积分方程法数学原理 |
| 3.2.1 反向蒙特卡洛法数学模型 |
| 3.2.2 RDFIEM计算模型 |
| 3.3 RDFIEM验证及数值特性分析 |
| 3.3.1 均匀折射率介质辐射传输 |
| 3.3.2 梯度折射率介质辐射传输 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于智能优化理论的光热参数反演 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 智能优化理论及算法 |
| 4.2.1 改进的SPSO算法 |
| 4.2.2 改进的TLBO算法 |
| 4.3 光热参数反演 |
| 4.3.1 空间相关光热参数反演 |
| 4.3.2 温度相关光热参数反演 |
| 4.4 折射率和吸收系数反演实验研究 |
| 4.4.1 实验简介 |
| 4.4.2 实验结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于梯度优化理论的光热参数场重建 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 光热参数场重建模型 |
| 5.2.1 物理模型 |
| 5.2.2 正则化技术 |
| 5.2.3 序列二次规划算法 |
| 5.3 光热参数场重建分析 |
| 5.3.1 梯度折射率场重建 |
| 5.3.2 折射率场和吸收系数场联合重建 |
| 5.3.3 吸收系数场和散射系数场联合重建 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 基于光线传输理论的光热参数场重建 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 光线传输重建模型 |
| 6.2.1 物理模型 |
| 6.2.2 共轭梯度法 |
| 6.3 光热参数场重建分析 |
| 6.3.1 折射率场重建 |
| 6.3.2 吸收系数场重建 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录A 反向蒙特卡洛射线追踪概率模型 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（3）基于卡尔曼滤波的参与性介质时变热流与温度场在线重构（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 参与性介质内辐射导热耦合换热的研究现状 |
| 1.2.2 辐射导热耦合换热反问题研究现状 |
| 1.2.3 卡尔曼滤波技术及其在传热领域应用的研究现状 |
| 1.3 本文研究的主要内容 |
| 第2章 时变场参量在线重构的卡尔曼滤波方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 卡尔曼滤波技术 |
| 2.2.1 标准卡尔曼滤波技术 |
| 2.2.2 扩展卡尔曼滤波技术 |
| 2.2.3 无迹卡尔曼滤波技术理论 |
| 2.3 纯导热系统中边界时变高热流密度和温度场的实时重建 |
| 2.3.1 介质中导热模型 |
| 2.3.2 基于标准卡尔曼滤波技术的边界热流和内部温度场协同重建策略 |
| 2.3.3 导热问题中边界热流和温度场实时重建结果 |
| 2.4 卡尔曼滤波算法的实验验证 |
| 2.4.1 实验装置 |
| 2.4.2 反演实验条件 |
| 2.4.3 实验结果及分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于KF技术的参与性介质温度场和边界热流实时重建 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 均匀折射率介质边界时变高热流密度和内部温度场同时实时重建研究 |
| 3.2.1 均匀折射率介质内辐射导热耦合换热模型 |
| 3.2.2 基于KF技术的参与性介质边界热流和温度场协同重建策略 |
| 3.2.3 均匀折射率介质内重建结果分析 |
| 3.3 梯度折射率介质边界时变高热流密度和内部温度场同时实时重建研究 |
| 3.3.1 梯度折射率介质内的辐射导热耦合换热模型 |
| 3.3.2 梯度折射率介质内重建结果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于EKF和 UKF技术的参与性介质多参数实时重建 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于EKF的二维非均匀参与性介质温度场和边界热流实时重建 |
| 4.2.1 二维非均匀介质内的辐射导热耦合换热模型 |
| 4.2.2 二维非均匀介质内重建结果分析 |
| 4.3 基于EKF和 UKF的辐射相变换热中时变物理量协同重建 |
| 4.3.1 参与性介质内辐射相变耦合换热模型 |
| 4.3.2 参与性辐射相变耦合换热模型验证 |
| 4.3.3 EKF和 UKF算法性能对比 |
| 4.4 基于UKF的参与性介质光热物性参数、边界热流及温度场重建研究 |
| 4.4.1 参与性介质光热物性参数重建 |
| 4.4.2 参与性介质光热物性参数、边界热流和温度场同时重建 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于平滑技术的参与性介质温度场与边界热流快速重建 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 平滑技术 |
| 5.2.1 固定点平滑技术 |
| 5.2.2 固定滞后平滑技术 |
| 5.2.3 固定区间平滑技术 |
| 5.3 基于RTS固定区间平滑技术的温度与热流协同重建策略 |
| 5.4 RTS固定区间平滑技术重建结果与分析 |
| 5.4.1 未来测量信息对重建结果时滞的影响 |
| 5.4.2 未来测量信息对重建结果稳定性的影响 |
| 5.4.3 结构参数对重建结果的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录A 标准卡尔曼滤波技术 |
| 附录B 线性RTS固定区间平滑技术 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（4）辐射传热蒙特卡洛法计算精度的精确评价及数值试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 2 蒙特卡洛法计算辐射传热的精度评估方法 |
| 2.1 蒙特卡洛法计算辐射传热问题的基本原理 |
| 2.2 蒙特卡洛法模拟辐射传热的数学模型 |
| 2.3 辐射平衡蒙特卡洛法计算误差分析方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 辐射平衡条件下热辐射计算精度数值分析 |
| 3.1 计算的对象和条件 |
| 3.2 辐射传热量的精确值和计算值 |
| 3.3 网格密度与计算误差的随机性 |
| 3.4 固定辐射特性参数的计算精度 |
| 3.5 辐射特性参数变化时的计算精度 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 蒙特卡洛法计算辐射传热问题的效率分析 |
| 4.1 能束数和网格密度对计算时间的影响 |
| 4.2 表面发射率和介质散射反照率对计算时间的影响 |
| 4.3 蒙特卡洛计算的品质因子 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 两种特殊辐射非平衡态的蒙特卡洛计算精度评估 |
| 5.1 两个特殊的辐射非平衡状态的定义 |
| 5.2 光学薄极限介质辐射传热计算的精度评估 |
| 5.3 光学厚极限介质辐射传热计算的精度评估 |
| 5.4 结果分析与讨论 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 全文总结与建议 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 进一步的工作建议 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 作者在攻读博士学位期间的科研成果 |
（5）半透明材料光热特性的调制热波检测方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 热物性测量方法研究现状 |
| 1.2.2 辐射导热耦合换热问题研究现状 |
| 1.2.3 红外热波无损检测技术研究现状 |
| 1.2.4 国内外文献综述的简析 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 光热特性检测的数学模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 正问题求解模型 |
| 2.2.1 纯导热过程 |
| 2.2.2 辐射导热耦合过程 |
| 2.3 反问题求解模型 |
| 2.3.1 标准微粒群算法 |
| 2.3.2 序列二次规划算法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于一维传热模型的光热物性检测 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 周期热流法的基本原理 |
| 3.3 测量信号特征信息提取 |
| 3.4 模拟结果的验证与分析 |
| 3.4.1 一维导热数值模拟 |
| 3.4.2 测试信号影响因素分析 |
| 3.4.3 计算精度分析 |
| 3.5 基于周期性测量信号的光热物性反演 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于二维传热模型的光热物性检测 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 红外热波雷达成像检测技术 |
| 4.2.1 基本原理 |
| 4.2.2 信号处理算法 |
| 4.3 特征信息提取结果分析 |
| 4.3.1 加热功率的影响 |
| 4.3.2 开始频率的影响 |
| 4.3.3 结束频率的影响 |
| 4.3.4 调制周期的影响 |
| 4.4 缺陷识别与光热物性检测技术 |
| 4.4.1 内部缺陷位置识别原理 |
| 4.4.2 光热特性分布的重建 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（6）梯度折射率火焰三维温度场测量（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 火焰温度场测量技术 |
| 1.2.1 接触式测温技术 |
| 1.2.2 非接触式测温技术 |
| 1.3 梯度折射率介质光学的研究现状 |
| 1.3.1 光在介质中的传输特性 |
| 1.3.2 梯度介质中的辐射传输 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第二章 梯度折射率介质内的辐射传输理论 |
| 2.1 有效介质理论 |
| 2.2 梯度折射率介质内辐射传输的有限体积法求解 |
| 2.2.1 有限体积法模型 |
| 2.2.2 梯度介质辐射传递方程及边界条件 |
| 2.2.3 梯度介质辐射传递方程的有限体积法求解 |
| 2.3 火焰的三维温度场测量模型 |
| 2.3.1 梯度介质中的光线追迹 |
| 2.3.2 火焰辐射成像测温模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 火焰温度场重建的数值模拟研究 |
| 3.1 有限体积法模型的验证 |
| 3.1.1 一维平板介质 |
| 3.1.2 二维矩形介质 |
| 3.2 火焰参数对成像的影响特性分析 |
| 3.2.1 火焰尺寸对成像结果的影响 |
| 3.2.2 炭黑颗粒浓度对成像结果的影响 |
| 3.3 火焰参数对重建的影响特性分析 |
| 3.3.1 火焰尺寸对三维温度场重建的影响 |
| 3.3.2 炭黑颗粒浓度对三维温度场重建的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 火焰温度测量的实验研究及系统开发 |
| 4.1 折射率对光线影响的实验研究 |
| 4.2 火焰温度场测量的实验研究系统 |
| 4.3 火焰的三维温度场重建实验研究 |
| 4.4 火焰三维温度场测量系统开发 |
| 4.4.1 测量系统需求分析以及开发工具简介 |
| 4.4.2 控制程序界面设计 |
| 4.4.3 三维温度场测量系统集成测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（7）激光辐照下含异质体半透明介质光热参数场重建（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究状况 |
| 1.2.1 超短脉冲激光在半透明介质内的辐射传输机理研究 |
| 1.2.2 激光作用下半透明介质内的辐射导热耦合换热研究 |
| 1.2.3 辐射传输及耦合换热反问题研究 |
| 1.2.4 半透明介质光/热参数场重建实验研究 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 求解辐射反问题的最优化理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于随机搜索的群体智能优化算法 |
| 2.2.1 磷虾群算法 |
| 2.2.2 群居蜘蛛优化算法 |
| 2.2.3 常用智能算法比较 |
| 2.3 基于目标函数求导的梯度优化算法 |
| 2.3.1 共轭梯度法 |
| 2.3.2 重启动共轭梯度法 |
| 2.3.3 序列二次规划算法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 超短脉冲激光作用下半透明介质光学参数重建 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 半透明介质内瞬态辐射传输模型 |
| 3.2.1 时域辐射传输模型 |
| 3.2.2 频域辐射传输模型 |
| 3.3 均匀半透明介质光学参数重建 |
| 3.3.1 均匀光学参数重建模型 |
| 3.3.2 正问题求解模型验证 |
| 3.3.3 光学参数敏感度分析 |
| 3.3.4 光学参数重建 |
| 3.4 非均匀半透明介质光学参数场重建 |
| 3.4.1 基于频域辐射传输伴随差分方法的光学参数场重建 |
| 3.4.2 基于频域辐射传输伴随方程方法的光学参数场重建 |
| 3.4.3 基于时域辐射传输伴随方程方法的光学参数场重建 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 脉冲激光加热下半透明介质光热参数同时重建 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 半透明介质内辐射导热耦合换热模型 |
| 4.3 均匀半透明介质光热参数同时重建 |
| 4.3.1 均匀光热参数同时重建模型 |
| 4.3.2 参数无量纲化 |
| 4.3.3 光热参数敏感度分析 |
| 4.3.4 光热参数同时重建 |
| 4.4 非均匀半透明介质光热参数场同时重建 |
| 4.4.1 光热参数场同时重建模型 |
| 4.4.2 敏感度分析 |
| 4.4.3 多阶段优化策略 |
| 4.4.4 多阶段优化重建结果与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 调制激光激励下半透明介质光热参数快速重建 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 锁相热成像技术 |
| 5.2.1 基本原理 |
| 5.2.2 热波信号幅值和相位提取 |
| 5.3 锁相定位重建方法 |
| 5.4 锁相定位重建结果与分析 |
| 5.4.1 锁相定位重建模型 |
| 5.4.2 光热参数场快速重建 |
| 5.4.3 异质体参数影响分析 |
| 5.4.4 强散射性半透明介质光热参数场重建 |
| 5.5 多孔陶瓷材料光热参数场重建 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 半透明介质光热参数场重建实验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验系统介绍 |
| 6.2.1 激光热源激励系统 |
| 6.2.2 光热信号采集系统 |
| 6.2.3 热波信号分析处理系统 |
| 6.2.4 测量平台及实验步骤 |
| 6.3 半透明介质光热参数场重建 |
| 6.3.1 物理模型描述 |
| 6.3.2 介质表面发射率测量 |
| 6.3.3 异质体尺寸影响研究 |
| 6.3.4 光热参数场重建结果 |
| 6.3.5 异质体光热特性和空间位置联合重建 |
| 6.3.6 圆形异质体光热参数重建 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论 |
| 论文的创新之处 |
| 后续工作的展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（8）纳米复合隔热材料高温耦合传热实验测量及物性参数辨识（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 应用背景与研究意义 |
| 1.2 纳米复合隔热材料的高温传热机理及数值方法研究现状 |
| 1.2.1 纳米复合隔热材料的传热机理及热性质参数理论预测方法 |
| 1.2.2 纳米复合隔热材料的耦合传热数值计算方法 |
| 1.3 纳米复合隔热材料辐射与导热性质的实验测量研究现状 |
| 1.4 辐射与导热性质多参数辨识及误差分析研究现状 |
| 1.5 主要研究内容 |
| 第2章 纳米复合隔热材料耦合传热计算方法 |
| 2.1 纳米隔热材料辐射-导热耦合传热计算方法 |
| 2.1.1 物理模型及基本控制方程 |
| 2.1.2 数值求解方法 |
| 2.1.3 程序可靠性验证 |
| 2.2 纳米复合隔热材料的常温辐射特性理论预测 |
| 2.2.1 SiO_2气凝胶和增韧纤维的辐射特性 |
| 2.2.2 SiC遮光剂的辐射特性 |
| 2.2.3 纳米复合隔热材料的辐射特性 |
| 2.3 简化辐射模型对纳米复合隔热材料耦合传热的适用性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 纳米复合隔热材料热性质多参数辨识方法 |
| 3.1 群体智能优化的遗传算法 |
| 3.2 基于遗传算法的辐射与导热多物性参数辨识方法 |
| 3.2.1 多参数辨识方法 |
| 3.2.2 温度依变性待辨识参数的处理方式 |
| 3.3 多参数辨识方法数值验证 |
| 3.3.1 温度依变性等效导热系数辨识数值验证 |
| 3.3.2 辐射与导热性质参数联合辨识数值验证 |
| 3.4 辐射与导热性质多参数辨识方法实验验证 |
| 3.4.1 稳态温度数据实验测量 |
| 3.4.2 模型简化及边界条件 |
| 3.4.3 辨识参数确定及辨识流程 |
| 3.4.4 辨识结果及讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 热性质参数辨识误差的先验估计及传感器布置方案 |
| 4.1 热性质参数辨识结果的影响因素 |
| 4.2 热性质参数辨识中简化辐射模型的使用及修正策略 |
| 4.3 热性质参数辨识误差的估计方法 |
| 4.3.1 实验测量不确定性引起的参数辨识误差估计 |
| 4.3.2 实验测量和模型参数误差引起的参数辨识误差估计 |
| 4.4 单参数辨识问题的误差先验估计及温度传感器布置方案 |
| 4.4.1 不考虑模型参数不确定性的单参数辨识误差估计 |
| 4.4.2 考虑模型参数误差的单参数辨识误差估计 |
| 4.4.3 导热系数辨识的温度传感器布置及各误差贡献分析 |
| 4.5 多个热性质参数辨识误差先验估计及温度传感器布置方案 |
| 4.5.1 实验测量和模型参数误差的影响 |
| 4.5.2 传感器最优布置位置分析 |
| 4.5.3 辐射和导热多参数辨识的传感器布置及误差分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 纳米复合隔热材料热特性实验装置及测量方法研究 |
| 5.1 实验装置与测量系统 |
| 5.2 高温实验中纳米复合隔热材料试件的多维传热效应分析 |
| 5.2.1 均温隔板的表面红外发射率测量 |
| 5.2.2 实验过程中试件内传热的多维效应分析 |
| 5.3 实验测量中温度传感器布置方案 |
| 5.3.1 误差因素及模型参数不确定度分析 |
| 5.3.2 温度传感器布置方案 |
| 5.4 纳米复合隔热材料的高温热特性实验测量 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 纳米复合隔热材料辐射与导热高温热性质参数辨识 |
| 6.1 纳米复合隔热材料温度依变性等效导热系数辨识 |
| 6.2 纳米复合隔热材料辐射与导热多物性参数辨识 |
| 6.3 纳米复合隔热材料瞬态热性能评估 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（9）基于李群打靶方法的辐射—导热反问题研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 辐射—导热反问题的研究进展 |
| 1.2.2 李群打靶方法的研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 李群打靶理论及辐射传递方程求解 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 李群打靶理论 |
| 2.2.1 一阶群保持理论 |
| 2.2.2 全局一阶群保持理论 |
| 2.3 求解辐射传递方程的离散坐标法 |
| 2.3.1 均匀折射率介质内的离散坐标法 |
| 2.3.2 梯度折射率介质内的离散坐标法 |
| 2.3.3 程序正确性验证 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于辐射—导热耦合能量方程的物性反演 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 辐射源项的解耦处理 |
| 3.3 均匀折射率介质内的光热物性反演 |
| 3.3.1 反演原理 |
| 3.3.2 网格无关性验证 |
| 3.3.3 影响测温的因素 |
| 3.3.4 导热系数反演结果 |
| 3.3.5 吸收系数反演结果 |
| 3.4 梯度折射率反演 |
| 3.4.1 反演原理 |
| 3.4.2 反演结果及其分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于Rosseland扩散近似的光热物性反演 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Rosseland扩散近似模型的适用性 |
| 4.2.1 不同光学厚度下的适用性分析 |
| 4.2.2 不同导热系数下的适用性分析 |
| 4.2.3 不同散射反照率下的适用性分析 |
| 4.3 导热系数反演 |
| 4.3.1 反演原理 |
| 4.3.2 随位置变化的导热系数反演 |
| 4.3.3 随温度变化的导热系数反演 |
| 4.4 衰减系数反演 |
| 4.4.1 反演原理 |
| 4.4.2 随位置变化的衰减系数反演 |
| 4.4.3 随温度变化的衰减系数反演 |
| 4.5 导热系数和衰减系数同时反演 |
| 4.5.1 反演原理 |
| 4.5.2 反演结果及其分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（10）基于时频光信息的弥散介质非均匀光学参数场重建（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究状况 |
| 1.2.1 激光在弥散介质内的传输机理研究 |
| 1.2.2 光学参数场重建问题的研究 |
| 1.2.3 近红外光学参数测量实验研究 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 基于扩散近似方程的光学参数场重建 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 弥散介质内光学参数场重建问题 |
| 2.3 基于梯度的数值最优化算法 |
| 2.3.1 数值最优化算法概述 |
| 2.3.2 共轭梯度法 |
| 2.4 正则化技术 |
| 2.5 基于扩散近似方程的光学参数场重建 |
| 2.5.1 扩散近似方程 |
| 2.5.2 伴随差分法 |
| 2.5.3 重建结果及分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于频域辐射传输方程的光学参数场重建 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 介质内的频域辐射传输模型 |
| 3.2.1 频域辐射传输方程 |
| 3.2.2 有限体积法求解 |
| 3.3 基于伴随差分法的光学参数重建 |
| 3.3.1 频域传输方程的伴随差分模型 |
| 3.3.2 光学参数重建结果及分析 |
| 3.4 基于伴随方程法的光学参数重建 |
| 3.4.1 伴随方程法 |
| 3.4.2 光学参数重建结果及分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于时域辐射传输方程的光学参数场重建 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 介质内的时域辐射传输模型 |
| 4.2.1 时域辐射传输方程 |
| 4.2.2 离散坐标法求解 |
| 4.3 基于多次启动共轭梯度法重建光学参数场 |
| 4.3.1 多次启动共轭梯度法 |
| 4.3.2 基于时域传输方程的伴随差分模型 |
| 4.3.3 基于时域传输方程的复变差分模型 |
| 4.4 基于序列二次规划算法重建光学参数场 |
| 4.4.1 序列二次规划 |
| 4.4.2 目标函数梯度的求解 |
| 4.4.3 重建结果及分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于时域光学参数场重建技术的荧光成像 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 荧光在介质内的传输模型 |
| 5.2.1 荧光的产生机理 |
| 5.2.2 耦合时域辐射传输方程 |
| 5.3 基于序列二次规划算法的荧光成像 |
| 5.3.1 目标函数梯度求解 |
| 5.3.2 荧光产率成像 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 时域光学参数场重建实验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 基于TCSPC的时域红外信号测量系统 |
| 6.2.1 TCSPC技术的基本原理 |
| 6.2.2 实验系统介绍 |
| 6.3 实验系统标定 |
| 6.3.1 系统稳定性校验 |
| 6.3.2 时间零点校正 |
| 6.4 时域红外信号测量 |
| 6.4.1 仿体制作 |
| 6.4.2 均匀介质的信号测量 |
| 6.4.3 非均匀介质的光学参数场重建 |
| 6.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间发表的论文及成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
四、吸收散射性三维矩形介质内辐射源项的反问题（论文参考文献）
- [1]基于主被动层析的碳烟火焰三维温度及组分浓度重构研究[D]. 史景文. 哈尔滨工业大学, 2021
- [2]梯度折射率介质光热信息模拟及参数辨识[D]. 魏琳扬. 哈尔滨工业大学, 2020
- [3]基于卡尔曼滤波的参与性介质时变热流与温度场在线重构[D]. 文爽. 哈尔滨工业大学, 2020
- [4]辐射传热蒙特卡洛法计算精度的精确评价及数值试验研究[D]. 王丹丹. 华中科技大学, 2019(03)
- [5]半透明材料光热特性的调制热波检测方法研究[D]. 于晓滢. 哈尔滨工业大学, 2019
- [6]梯度折射率火焰三维温度场测量[D]. 林楠. 东南大学, 2019(06)
- [7]激光辐照下含异质体半透明介质光热参数场重建[D]. 孙双成. 哈尔滨工业大学, 2018(01)
- [8]纳米复合隔热材料高温耦合传热实验测量及物性参数辨识[D]. 刘华. 哈尔滨工业大学, 2017(01)
- [9]基于李群打靶方法的辐射—导热反问题研究[D]. 何明键. 哈尔滨工业大学, 2017(02)
- [10]基于时频光信息的弥散介质非均匀光学参数场重建[D]. 乔要宾. 哈尔滨工业大学, 2017(01)