идентификация и обратные задачи в

УДК 536
ИДЕНТИФИКАЦИЯ И ОБРАТНЫЕ ЗАДАЧИ В ИССЛЕДОВАНИИ
ПРОЦЕССОВ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА
О. М. А л и ф а н о в
Московский авиационный институт
(государственный технический университет),
Москва,
Россия
[email protected]
Идентификация
исследования
математических
процессов
вычислительному
тепло-
эксперименту.
феноменологических
и
моделей
Структурная
теплофизических
экспериментально-теоретическое
является
массообмена,
и
параметрическая
моделей
исследование,
важнейшим
предшествующим
обычно
этапом
прямому
идентификация
представляет
основывающееся
на
собой
решении
обратных задач. Д а н н а я методология позволяет не только решать конкретные задачи
идентификации,
моделирования
но
и
и
обеспечивать
рациональное
экспериментальных
исследований,
структурированные системы математических
моделей
сочетание
математического
разрабатывать
в
процессе
иерархически
проектирования
и
отработки технических систем. М е т о д ы , базирующиеся на р е ш е н и и обратных задач
теплообмена, дают возможность проводить исследования в условиях, максимально
приближенных
аппаратов,
к
натурным,
или
непосредственно
при
эксплуатации
машин
и
а также при реализации технологических процессов производства; они
значительно п о в ы ш а ю т информативность и достоверность экспериментов и испытаний,
позволяют учитывать такие важные особенности, как косвенный характер измерений,
нестационарность,
нелинейность,
многомерность
и
взаимосвязанный
характер
физических процессов, а также реальный или близкий к реальному масштаб времени.
Обратные
задачи
некорректными,
в
теплообмена
связи
с
чем
по
математической
для
их
решения
постановке
оказываются
необходимо
привлекать
регуляризующие алгоритмы и методы планирования экспериментов и испытаний. В
докладе представлен
обзор
основных
Московском авиационном институте,
результатов
в
том
в
числе
рассмотрены п р и л о ж е н и я разработанных методов
этой
в
области,
последнее
полученных
время,
а
в
также
идентификации теплофизических
процессов п р и м е н и т е л ь н о к различным стадиям ж и з н е н н о г о цикла теплонагруженных
технических объектов,
в
частности
объектов
авиационной
и
ракетно-космической
ТЕХНИКИ
Анализируются
два
главных
направления
исследований:
идентификация
и
диагностика нестационарных тепловых режимов на поверхности тел и в контактных
И идентификация нелинейного сложного теплопереноса внутри композиционных
материалов и конструкций. Для решения соответствующих обратных задач в этих
исследованиях в основном использовался разработанный в МАИ метод итерационной
регуляризации, который я в л я е т с я о д н и м из н а и б о л е е у н и в е р с а л ь н ы х и э ф ф е к т и в н ы х
методов р е ш е н и я н е к о р р е к т н ы х обратных задач для о б ы к н о в е н н ы х дифференциальных
уравнений и уравнений с ч а с т н ы м и п р о и з в о д н ы м и , в к л ю ч а я н е л и н е й н ы е , м н о г о м е р н ы е и
многопараметрические п о с т а н о в к и .
Рассмотрены
с
конкретными
примерами
области
применения
методов
идентификации и д и а г н о с т и к и на основе р е ш е н и я обратных задач:
нестационарная т е п л о м е т р и я , в том числе в реальном м а с ш т а б е в р е м е н и ;
восстановление т е м п е р а т у р н ы х полей по и з м е р е н и я м т е м п е р а т у р ы в д о с т у п н ы х
местах;
исследование н е с т а ц и о н а р н о г о конвективного т е п л о о б м е н а ;
исследование контактного теплообмена;
исследование с л о ж н о г о теплообмена;
оценка
и
контроль
оптико-радиационных
характеристик,
материалов
и
покрытий;
определение т е п л о в ы х нагрузок в процессе т р е н и я ;
м о д е л и р о в а н и е т е п л о о б м е н а в а э р о д и н а м и ч е с к и х трубах;
исследование т е п л о п е р е н о с а в гетерогенных потоках;
исследование п о р и с т о г о охлаждения;
исследование нагрева и разрушения т е п л о з а щ и т н ы х м а т е р и а л о в ;
и д е н т и ф и к а ц и я процессов переноса тепла в т е х н и ч е с к и х устройствах;
разработка и исследование к о м п о з и ц и о н н ы х материалов;
дистанционное
контактное
зондирование
теплофизических
свойств
грунтов
небесных тел;
натурные
(летные)
испытания
систем
обеспечения
тепловых
режимов
космических и спускаемых аппаратов.
Для исследований, в том числе в д и с т а н ц и о н н о м р е ж и м е , нестационарного
теплообмена
в
теплонагруженных
технологических
комплекс
на
процессах
базе
высокотемпературных
в
МАИ
тепловакуумных
элементах
создан
систем
экспериментальных
конструкций
и
автоматизированный
ТВС-1М
модулей,
и
ТВС-2
энергоёмких
испытательный
и
обеспечивающих
специальных
контактный
и/или р а д и а ц и о н н ы й нагрев образцов с темпом до 100 К/с в д и а п а з о н е температур 2 9 0 1920 К с в о з м о ж н о с т ь ю их модернизации для получения т е м п е р а т у р ы поверхности
образцов до 2300
К. Д а ё т с я краткое описание к о м п л е к с а и п р о в е д е н н ы х на нем
испытаний с о в р е м е н н ы х т е п л о з а щ и т н ы х и т е п л о и з о л я ц и о н н ы х материалов. Д а н н ы й
комплекс является у н и к а л ь н о й научно-исследовательской установкой, р е а л и з у ю щ е й в
полном
объеме
автоматизации,
(включая
экспериментальное оборудование,
компьютерные
средства,
методическое
и
средства и з м е р е н и й и
прикладное
программное
обеспечение) с о в р е м е н н у ю экспериментально-расчетную м е т о д о л о г и ю и д е н т и ф и к а ц и и
и диагностики н е с т а ц и о н а р н о г о теплообмена в материалах, элементах конструкций и
технологических процессах, о с н о в а н н у ю на методах обратных задач.