建筑围护材料热导率反演模拟分析-inverse simulation analysis of thermal conductivity of building envelope materials.docxVIP

注释表x待估参数sj输入信号f目标函数wij输入信号的权值s目标函数的导数ui线性组合的结果ε精度θi阈值argminf(x)目标函数的最小点f(.)激活函数x1待估参数的初始点vi神经元的输出X未知变量的随机变量L建筑围护在x方向的总长Y未知变量的随机变量相关的统计数据Tf2x=L一侧的流体温度PX|Y(x|y)后验概率密度函数A(x)物体与周围流体接触的表面积PY|X(y|x)似然函数S内热源PX(x)边缘分布FoΔj网格傅里叶数ε多孔介质的孔隙率BiΔj网格比渥数λf空气的热导率Δx空间步长λs固体骨料的热导率Δt时间步长λe孔介质的有效导热导率Pc交叉概率a导温系数Pm变异概率λ热导率ML群体大小c热容NP最大遗传代数ρ比重f(λ)个体的适应度h1x=0一侧的对流换热系数Tm目标测量温度矩阵h2x=L一侧的对流换热系数Tn计算温度矩阵T初初始温度μk阻尼参数Ttf1x=0一侧的流体温度I单位矩阵ε1、ε2、ε3指定的容限量f加权因子l染色体长度承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：第一章引言1.1研究背景我国建筑能耗占总能耗的30%左右，损失相当严重，是气候相近发达国家的2~3倍[1]。按照目前规划，到2020年我国城镇建筑还将新增150亿m2，这将导致建筑用能的不断增长，对我国能源供应系统产生巨大的压力，同时也成为降低我国CO2排放量的重要障碍之一。国家中长期科技发展规划纲要中明确指出：“我国已进入快速城镇化时期，实现城镇化和城市协调发展，对科技提出迫切需求”。至此之际，对城市建筑节能应用技术的研究，不但能促使在各类建筑产业中产生新的增长点，更能创造巨大的经济价值与社会效益。建筑围护材料热导率是衡量建筑围护结构隔热保温性能的重要依据，是反映建筑节能的重要指标之一。热导率决定了材料的热动态特性，快速而又准确地识别热导率很重要[2-4]。本课题作为国家科技支撑计划课题“城市大型公共建筑长期节能监测技术”（2008BAJ12B05、2008BAJ12B04、2006BAJ03A04、BK2010061）的子课题，目标是针对城市建筑围护结构与材料特性以及节能检测的要求，通过反演建筑围护材料的热导率，并编制建筑围护材料热导率在线反演的监测和评估软件，为建筑节能改造提供理论依据。1.2热传导反问题研究现状1.2.1热传导反问题的工程应用由于室内外温湿度的变化，建筑围护结构材料的传热量随所在地区、季节、朝向和孔隙率的不同而异。相对于已知热导率计算温度场的正问题来说，由温度场求解热导率属于热传导反问题（即InverseHeatConductionProblem，缩写简称为IHCP）的范畴。热传导反问题的研究主要在以下三个方面：热源的重构、热物性参数和边界热流密度的估计。随着计算工具和计算方法的发展，IHCP不断得到改进，已应用到核反应堆元件、材料无损探伤、地热能探测、遥感技术、冷冻储藏、生物工程、土木工程等领域。例如在无损探伤领域，对蒸汽管道等圆筒体进行热应力和疲劳分析时，直接测量内壁温度往往是很困难的，而边界条件对热应力和热疲劳研究结果的准确性有很大的影响。应用反问题分析，可以通过测得随时间变化的外壁温度信息反演随时间变化的内壁温度[5]；在冷冻储藏领域，可以在物质的冷冻储藏过程中控制物体内的温度变化；在土木工程领域，目前对大体积混凝土结构设计时，计算参数的精确性对计算结果影响很大，混凝土施工在实际复杂因素如水泥的品种及用量、浇筑质量等影响下，试验参数往往发生改变，这些参数在许多情况下是未知的，且很难通过试验或取样直接得到。因此，利用测量的温度场数据反演物体表面热物性参数的方法越来越引起了人们的重视[6-12]；在铸造领域，为了确保炼钢浇铸过程中钢水温度合适，通过反演分析预测钢水温度来有效地控制钢水温度[13]；在航空航天领域，当航天器返航过程中，表面热流密度精确数值无法直接测量，可以利用航天器内壁的测点温度信息来反演外壁热流，从而有效地控制热流密度，确定飞行器再入热环境[14]。1.2.2热传导反问题的研究方法IHCP具有以下特点[15]：第一，非线性。根据待求参量在模型中的位置判断线性与非线性，大部分IHCP是非线性的，许多线性正问题对应的反问题亦是非线性的，使得求解比较困难。第二，其数学定解