用MCMC法估计热薄板接触热导率的时间变化

Kenji Watanabe, L. A. S. Abreu, D. C. Knupp, Eiji Watanabe
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摘要

这个工作就是一个逆问题的解决方案的热传导,估计接触热导率的时空变化,在材料的一维问题的两层薄热,加热热流的应用在表面上下表面暴露在热对流。对于考虑热薄板的直接问题的表述,采用了经典的点状方法。该公式将原问题简化为两个耦合常微分方程,从而降低了求解相关直接问题所需的计算成本,该直接问题是用数学软件固有的NDSolve函数求解的。为了解决逆问题,我们采用贝叶斯方法中的马尔可夫链蒙特卡罗方法,应用Metropolis-Hastings算法。通过模拟温度测量对该方法进行了分析,证明该方法能够估计热接触电导的时间函数。这种方法允许考虑与模型参数相关的不确定性,以及与随时间变化的热导率估计相关的不确定性,这在目前文献中发现的接触热导率时间估计方法中没有观察到。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
Estimativa da Variação Temporal de Condutância Térmica de Contato em Placas Termicamente Finas via Método MCMC
Este trabalho trata da solução de um problema inverso de condução de calor visando estimar a variação temporal de condutância térmica de contato, num problema unidimensional em um material de duas camadas termicamente finas, aquecidas por meio de um fluxo de calor aplicado na superfície superior e exposto a convecção térmica na superfície inferior. Para a formulação do problema direto, considerando placas termicamente finas, foi utilizado o método Classic Lumped. Esta formulação reduz o problema original em duas equações diferenciais ordinárias acopladas, desta forma, possibilita diminuir o custo computacional necessário para solucionar o problema direto associado, que foi resolvido utilizando a função NDSolve, intrínseca do software Mathematica. Para a solução do problema inverso foi utilizado o método Monte Carlo via Cadeias de Markov, dentro de uma abordagem Bayesiana, aplicando o algoritmo de Metropolis-Hastings. O método foi analisado a partir de medidas simuladas de temperatura e se mostrou capaz para estimar uma função temporal da condutância térmica de contato. Esta metodologia permite levar em conta as incertezas associadas aos parâmetros presentes nos modelos, bem como, àquelas associadas com a estimativa da condutância térmica variando com o tempo, o que não é observado nos métodos voltados para estimativa temporal da condutância térmica de contato encontrados atualmente na literatura.
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