[发明专利]一种物体内热源分布重构系统及方法

说明书

本发明涉及一种物体内热源分布重构的系统及方法。所述方法包括：以物体内热源的温度T和位置P(x,y,z)为优化变量，基于智能全局优化算法，获取物体内热源的温度信息和位置信息；所述系统主要包括：红外热像仪、内热源分布重构优化仿真系统和显示与操作装置，红外热像仪和显示与操作装置连接，显示与操作装置和内热源分布重构优化仿真系统连接。本发明提高了物体内热源分布重构效率，具有广泛的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及传热学技术领域，特别是涉及一种物体内热源分布重构的系统及方法。

背景技术

在热工程应用领域，物体内部的热源状态，亦或物体内部某部件或部分的热状态对于掌握和了解其运行情况是十分重要的。基于外部测温的内部热源参数识别在实际生产及日常生活中有着广泛的应用，比如一些长期固定的具有内热源的物质，如水力发电大坝内的发电机组，核废料，煤炭和粮食等，一旦其内部出现运转问题或者保存不当，就会产生发热现象。很多情况下，物体的内部测温往往十分困难甚至无法实现，因此仅仅依靠物体表面的温度分布数据就能准确快速确定其内部发热位置和温度的方法，在热工程应用领域有着十分重要的现实意义。

基于红外无损检测的内热源缺陷的识别一直是许多研究者关注的热点。目前见诸于报道的方法主要有共轭梯度法，边界元法，有限元法有限体积法等，利用这些方法对物体内部热源的几何分布及热源强度的反演有一定优势，但始终面临三个无法解决的问题：1、只能对点热源或球形热源进行反演，如果热源形状有所变化，反演的结果不甚理想；2、对物体外形的要求十分严格，比如边界元法，往往只有外形规则的物体才能反演出较好的结果；3、对边界条件的处理极为苛刻。上述三点严重阻碍了这些方法在实际热工程当中的应用，因为对于实际的物体，比如机械机组，核废料，粮食堆，甚至如人体的某部位或器官等，其内部热源和外部形状往往是不规则的，有些边界数据也难以获得。

本发明基于智能全局优化算法，如遗传算法、模拟退火算法，粒子群算法等，以及这些算法的改进算法，通过构件一种实用有效的目标函数，突破了传统方法对物体内部热源以及外部形状的限制，降低了对边界条件的处理要求，提高了物体内热源分布重构的效率，具有广泛的实际应用价值。

发明内容

本发明提供一种物体内热源分布重构系统及方法，对于物体内热源分布的重构效率高，速度快，易于操作，在诸如钢铁、水泥、陶瓷、微生物发酵、能源、医学工程、航空航天等行业领域中都有重要的应用前景。

本发明是以如下技术来实现物体内热源分布重构的：

优选的，采用高精度非致冷式红外热像仪获取物体一个表面的温度，并在该表面的红外热图中等距离提取有限个点的实际温度值；

进一步地，在红外热图中等距离取点的方法为：在红外热图表面作十字形(或圆形、正方形等)线条，在线条上等距离取点，提取相应点的实际温度值；

进一步地，在作等距点提取的辅助图形时，如十字形(或圆形、正方形等)，其中心位置应当尽量靠近红外热图的最高温区域，这样使图形线条的分布尽量反映该表面红外热图的温度分布特征；

基于智能全局优化算法，以内热源的温度和位置为优化变量，形成多个优化样本，通过适应度函数对优化样本进行迭代计算，优化的步长设置依据具体问题的优化精度和优化效率来设定。在一个优化样本下，采用有限元法计算得到该样本下物体表面温度分布的理论值；

对应于红外热图中所选取的等距点，相应地提取这些点的理论温度值；

提取每个等距点的实际温度与仿真温度之差，然后取全部差值的平方和或者绝对值之和，并以此作为评价当前样本优劣的依据，即和值越小，则当前内热源的温度和位置样本越优。最优值即为当前内热源的温度和位置。

通过上述方法，实现了对物体内热源分布的重构。进一步地，根据最优内热源温度与位置值，物体内部温度场分布也随之确定下来。