[发明专利]一种基于梯度信息的多层绝热材料仿真设计方法

说明书

一种基于梯度信息的多层绝热材料仿真设计方法，利用复数变量法能够高效快速提取梯度信息的特点，提取热流密度残差对多点温度分布的梯度，利用梯度下降方法修正多点温度分布以减少热流密度残差，在求解过程中，迭代总次数同设计参数的维度无关，相较于一般方法，减少了多层绝热材料仿真的计算量，且由于梯度信息能够良好反映不同温度区域的热流密度特征，所获得温度分布更加符合实际情况，具有计算速度快，准确度高的优点。

技术领域

本发明属于低温绝热技术领域，具体涉及到一种基于梯度信息的多层绝热材料仿真设计方法。

背景技术

多层绝热(MLI)，又被称为“超级绝热”，由于其优秀的绝热性能，常用于低温液体的储存，也常与其他绝热方式进行搭配使用，以营造低温液体“零蒸发”的储存环境，适用于对绝热性能要求极高的低温环境中。根据绝热材料中反射屏密度的变化，多层绝热可以分为“定密度”及“变密度”两种类型，通过对反射屏密度分布的优化，可以获得较少厚度下最佳的热流密度。由于多层绝热材料的传热机理复杂，导致一般的工程软件无法对该材料进行准确模拟，只有通过一维传热模型以自编程序的方式逐层计算，即在给定初始反射屏处温度后，分别计算辐射、导热、残余气体导热三种热流，由三种热流之和作为辐射屏之间的总热流，修正辐射屏温度的分布，使每层辐射屏间的热流密度残差减小，最终得到辐射屏处的温度分布及热流密度。

常规的多层绝热材料仿真设计时，常在逐层热流分析的模型上采用“二分法”或“热阻法”，“二分法”的计算结果热流密度残差较小，但是迭代次数多，计算量大。“热阻法”虽然计算量小，但是热流密度残差较大。由于这两种方法每次只求解一个点的温度，导致对于该节点前后的位置的节点信息缺失，但某节点的热流密度残差实际同该点前后点的温度均相关，故一般方法获得的温度分布上与实际情况有所偏差。综上所述，现有的多层绝热材料仿真设计中，均在不同程度上存在计算量大，准确度低的缺点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目在于提供了一种基于梯度信息的多层绝热材料仿真设计方法，计算量远远小于一般的二分法及热阻法，同时，温度分布也较一般方法更加精确。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于梯度信息的多层绝热材料仿真设计方法，包括以下步骤：

第一步，设计多层绝热材料，给定热、冷端温度T_h、T_c，多层绝热材料的设计参数为一个由数字“1”、“2”重复组成的数组，数组中“1”代表反射屏，“2”代表纤维导热材料；

第二步，给辐射屏分配一个由热端温度T_h至冷端温度T_c的线性下降的温度分布T＝[T_h,T₂,T₃,…,T_c]，给定复数变量虚部步长h，则得到复数温度分布[T_h+ih,T₂+ih,T₃+ih,…,T_c+ih]，其中i表示虚部；

第三步，逐层求解复数热流密度qt_i，i＝1,2,…,n，n为反射屏层数，第一层：

q_t1＝q_g1+q_r1+q_s1

其中q_t1为总热流密度，W/m²，q_r1为辐射导热的热流密度W/m²,q_g1为残余气体导热的热流密度，W/m²，q_s1为固体导热的热流密度，W/m²；

q_r1＝F_r(T_h+ih,T₂+ih)；