برآورد شار حرارتی با استفاده از روش دنباله‌ایی دیجیتال فیلتر تیخونو و هموارسازی دماهای اندازه‌گیری شده

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسنده

استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

10.22044/jsfm.2020.8633.2961

چکیده

در این نوشتار به ارائه روش دیجیتال فیلتر تیخونو برای برآورد برخط شار حرارتی در دیواره ای یک بعدی پرداخته شده است. برای بررسی روش پیشنهادی، دو مسئله معکوس طراحی شده است: در مسئله اول شرایط مرزی در دو طرف صفحه مجهول است و در مسئله دوم، دیواره از دولایه تشکیل شده است و شار حرارتی در دوطرف دیواره مجهول است. در هردو مسئله از دو سنسور دما برای اندازه گیری تاریخچه دمای داخل جسم استفاده شده است. در الگوریتم پیشنهادی، از یکی از سنسورها به عنوان شرط مرزی استفاده شده است. برای ارزیابی دقت و توانایی روش دیجیتال فیلتر تیخونو چندین آزمایش طراحی شده است.ضرایب فیلتر در روش پیشنهادی فقط یکبار محاسبه و در همه آزمایشات استفاده می شود. اثر شدت نویز موجود در دماهای اندازه گیری و اثرموقعیت ترموکوپل در داخل دیواره بر دقت تخمین شارحرارتی بررسی شده است و نتایج نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی با دقت خیلی خوبی شار حرارتی را برآورد نموده است و الگوریتم دیجیتال فیلتر تیخونو در مقایسه با روش دنباله ایی بک دارای دقت بیشتری است. همچنین هموارسازی داده های اندازه گیری شده در الگوریتم پیشنهادی باعث افزایش دقت و کارآیی روش شده است.

کلیدواژه‌ها


[1] Beck JV, Blackwell B, Clair SR (1988) Inverse heat conduction: Ill-Posed Problems. 3th edn. Wiley, New York.

[2] Tikhonov AN, Arsenin VY (1977) Solution of Ill-Posed Problems. Winston and Sons, Washington. DC.

[3] Beck JV (1968) Surface heat flux determination using an integral method. Nucl Eng Des 7:170-178.

[4] Kowsary F,  Farahani SD (2010) The smoothing of temperature data using the mollification method in heat flux estimating. Numer Heat Transf A 58: 227-246.

[5] Farahani SD, Sefidgar M, Kowsary F (2011) Estimation of kinetic parameters of composite materials during the cure process by using wavelet transform and mollification method. Int Commun Heat Mass 38: 1305-1311.

[6] Ijaz U, Khambampati A, Kim MC, Kim S, Kim KY (2007) Estimation of timedependent heat flux and measurement bias in two-dimensional inverse heat conduction problems. Int Commun Heat Mass 50: 4117-4130.

[7] LeBreux M, Delilets M, Lacroix M (2010)       Fast inverse prediction of phase change          banks in high temperature furnaces with a Kalman filter coupled with a recursive least-square estimator. Int Commun Heat Mass 53: 5250-5260.

[8] Cabeza JMG, Garcia JAM, Rodriguez AC (2010) Filter digital form of two future temperature methods for the inverse heat conduction: A spectral comparison. Int J Numer Methods Biomed Eng 26: 554-573.

[9] Kameli H, Kowsary F (2014) A new inverse method based on Lattice Boltzmann method for 1D heat flux estimation. Int Commun Heat Mass 50: 1-7.

[10] Brittes R, França HR (2013) A hybrid inverse method for the thermal design of radiative heating systems. Int J Heat Mass Tran 57(1): 48-57.

[11] Deng S, Hwang Y (2006) Applying neural networks to the solution of forward and inverse heat conduction problems. Int J Heat Mass Tran 49: 4732-4750.

[12] Oskar NP, Haidn J (2019) Inverse heat transfer method applied to capacitively cooled rocket thrust chambers. Int J Heat Mass Tran 131: 150-166.

[13] Wang S, Deng Y, Sun X (2018) Solving of two-dimensional unsteady inverse heat conduction problems based on boundary element method and sequential function specification method. Hindawi Complexity 5: 1155-1166.

[14] Chen H, Frankel JI, Keyhani M (2018) Nonlinear inverse heat conduction problem of surface temperature estimation by calibration integral equation method. Numer Heat Transf  B 73(5): 263-291.

[15] Wang GJ, Zhang LH, Wang XD, Tai BL (2016) An inverse method to reconstruct the heat flux produced by bone grinding tools. Int J Therm Sci 101: 85-92.

[16] Murio DA (1987) Automatic numerical differentiation by discrete mollification. Comput Math Appl 13(4):381-386.