[发明专利]一种基于热传递模型的艾灸热源强度最优估计方法

说明书

本发明公开了一种基于热传递模型的艾灸热源强度最优估计方法，包括步骤1：构建定坐标系下艾灸的热传递方程；步骤2：通过坐标系的转换，建立动坐标系下艾灸的热传递方程；步骤3：求解动坐标系下的热传递方程，得到通解；步骤4：根据艾灸过程的描述设置边界条件，获得艾灸的瞬时热源强度模型，进而获得与过余温度、热源强度、燃烧距离相关的模型类；步骤5：采集艾灸过程中样本的温度序列，减去环境温度得到样本的过余温度序列，同时采集样本的燃烧距离序列；步骤6：根据步骤4的模型类和步骤5采集的样本序列，通过最小二乘最优评价准则计算得出艾灸热源强度的最佳估计值。具有适应性强、估计结果准确等优点，同时具有很高的工程应用前景。

技术领域

本发明属于生物传热领域，特别涉及一种基于热传递模型的艾灸热源强度最优估计方法。

背景技术

艾灸作为中国传统医学的重要组成部分，具有很深的研究意义。随着现代科学技术的进步，以及人们保健意识的逐步增强，艾灸作为一种简单有效的自然疗法受到了越来越广泛的关注。现在关于艾灸热传递问题的研究大部分还是直接把艾灸过程看成一个稳态导热过程，同时也没有明确的参数来评价艾灸过程所使用艾条之间的差异，不利于提高艾灸疗效。实质上艾灸过程是一个非稳定导热问题。因此，研究艾灸非稳态导热的艾灸热强度估计不仅可以提高治疗效率，还可以为艾灸从业者提供标准。

目前，有关热源强度的专利，中国发明专利申请号201410032593.x公开了“一种热传导线源强度识别反问题的数值通解方法”，提出了一种基于有限元数值解，构建出满足稳态导热微分方程的、以热源参数为变量的数值通解，将热传导源项识别反问题转化为多元函数极值问题，快速的反演出热源参数。中国发明专利申请号201610017599.9公开了“一种热传导热源位置识别反问题的数值通解”提出了一种基于有限元数值解，构建出满足稳态导热微分方程的、以热源参数为变量的数值解，将热传导位置识别反问题转化为元函数极值问题，上述专利只适应于稳态导热的数值求解，不适应于像艾灸过程这样的非稳态导热问题。

发明内容

为了克服背景技术中存在的不足，本发明提供一种基于热传递模型的艾灸热源强度最优估计方法，利用坐标系转换，将艾灸过程的非稳定导热转换为稳定导热过程，该方法不仅可以为类似艾灸的移动热源的温度场分布情况提供理论模型，而且可以估计出艾灸的热源强度。

一种基于热传递模型的艾灸热源强度最优估计方法，包括以下步骤：

步骤1)：根据能量守恒定律、傅里叶定律、牛顿冷却定律构建定坐标系下艾灸的热传递方程；

所述定坐标系中的x轴和y轴分别是指艾条在燃烧过程中，艾条所在水平线和艾条初始燃烧点所在垂直线，且艾条燃烧方向为x轴正向；

步骤2)：通过坐标系的转换，建立动坐标系下艾灸的热传递方程；

所述动坐标系中的横轴ξ轴和纵轴ζ轴分别指艾条所在水平线和移动燃烧点所在的垂直线，且艾条燃烧的方向为ξ轴正向；在横轴ξ轴上的横坐标表示艾条在定坐标下的坐标值减去艾条燃烧的距离即ξ＝x-vt，v表示艾条燃烧速度，t表示艾条燃烧时间，在纵轴ζ轴上的纵坐标与定坐标下的纵坐标值相同即ζ＝y；

步骤3)：求解动坐标系下的热传递方程的通解；

步骤4)：根据艾灸过程的描述设置边界条件，利用步骤3得到的通解，获得艾灸的瞬时热源强度模型，进而获得与过余温度、热源强度、燃烧距离相关的模型类；

步骤5)：从采集艾灸过程中样本的温度序列中减去对应的环境温度得到样本的过余温度序列，同时采集样本的燃烧距离序列；

步骤6)：根据步骤4的模型类和步骤5采集得到的过余温度序列和燃烧距离序列，通过最小二乘最优评价准则计算得出艾灸热源强度的最佳估计值。

进一步地，所述热源强度的最佳估计值的表达式如下：