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传热学反问题(Inverse Heat Transfer Problem,IHTP)是指基于传热系统的温度观测信息反演系统的某些未知特征参量(如边界条件、热物性参数和几何形状等)的一类课题。目前传热学反问题广泛存在于机械工程、航空航天工程、动力工程、生物医疗工程、建筑工程及工程热物理等领域。对于三维系统的传热学反问题的研究比低维度的研究更贴近于工程实际应用,能为未来更好的处理工程实际问题做好理论基础。目前常用的传热学反问题研究方法有共轭梯度法(Conjugate Gradient Method,CGM)和遗传算法(Genetic Algorithm,GA)等研究方法,上述方法对温度的初始猜测值、测点数目和测量误差等具有较强的依赖性,难以获得理想的反演结果。基于模糊理论基础的分散式模糊推理方法(Decentralized Fuzzy Inference Method,DFIM)是一种具有良好容错能力和鲁棒性的推理方法,能够基于不完备和不精确的输入信息做出有效的决策,为传热学反问题的研究提供了一种十分有效的研究思路。本文主要研究DFIM的三维传热系统的反演问题,主要内容包括:(1)运用有限差分法(Finite Difference Method,FDM)离散三维稳态传热系统控制方程及定解条件。运用高斯-赛迪尔迭代法求解离散后的传热系统代数方程,确定三维计算域的温度场,从而获得边界节点处温度的测量信息。并进行了网格无关性验证。(2)以三维平板传热系统边界条件的反演问题为例,建立了基于CGM的传热学反问题模型。通过数值试验,讨论了温度初始猜测值、测点数目以及测量误差对反演温度的影响。肯定了CGM求解三维稳态传热学反问题的效果,也总结了CGM求解存在的局限性。(3)结合传热学反问题存在的问题和模糊推理方法的特点,建立了一种基于二正态分布的求解三维稳态传热系统反问题的分散式模糊推理方法(Normal Distribution Weighted Approach Decentralized Fuzzy Inference,NDFI)。以三维平板传热系统边界温度反演问题为研究对象,将反演效果与CGM相比,NDFI明显降低了反演过程对初始猜测值准确度和测点数目的需求,增强了对测量误差的抗干扰能力,得到了更好的反演效果。(4)应用本文建立的NDFI方法,研究了质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)的膜电极(Membrane Electrode Assemblies,MEA)和碳板交界面温度分布的反演问题。通过数值试验,讨论了待反演边界条件受温度初始猜测值、测点数目及测量误差对反演结果的影响程度。结果表明,NDFI基本不受初始猜测值的影响,反演过程对温度测点数目的要求较低,对测量误差有较强的抗干扰能力,得到了良好的MEA/碳板交界面温度分布的反演效果。