Retrieving thermal conductivities of isotropic and orthotropic materials

Adamczyk, Wojciech; Białecki, Ryszard A.; Kruczek, T.

doi:10.1016/j.apm.2015.10.028

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“…En esta sección se lleva a cabo un análisis del rendimiento de los algoritmos usados en este trabajo, para ello se revisó el número de iteraciones que empleó cada algoritmo, al igual que el número de veces que se evaluó la función objetivo y se les calculó un parámetro asociado a la precisión haciendo uso de la ecuación (8). Estos resultados se sintetizaron en la Tabla 10.…”

Section: Análisis Del Rendimiento Y Precisión De Los Algoritmosunclassified

“…Una breve revisión de la literatura acerca de los problemas inversos para la estimación de parámetros muestra que en el trabajo de Dasa [7] se predijo la conductividad térmica y el coeficiente de temperatura superficial de una aleta hiperbólica haciendo uso de un algoritmo de optimización. Adicionalmente, Adamsyk [8] describió una técnica experimental combinada con la solución de un problema inverso para la estimación de la conductividad térmica de materiales isótropos y ortótropos haciendo uso de métodos clásicos de optimización tales como Levenberg-Mardquardt. Por otro lado, Huntul [9] realizó problemas inversos para la reconstrucción de la conductividad térmica dependiente del tiempo.…”

Section: Introductionunclassified

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Algoritmos de optimización en la estimación de propiedades termodinámicas en tiempo real durante el tratamiento térmico de materiales con microondas

García

Amaya

Correa

2017

revuin

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Este artículo puede compartirse bajo la licencia CC BY-ND 4.0 y se referencia usando el siguiente formato: E. García, I. Amaya, R. Correa, "Algoritmos de optimización en la estimación de propiedades termodinámicas en tiempo real durante el tratamiento térmico de materiales con microondas", UIS Ingenierías, vol. RESUMENEste trabajo considera la predicción en tiempo real de parámetros térmicos de una muestra sometida a radiación. Se estimaron la conductividad térmica y la capacidad calorífica. Se modeló el flujo volumétrico interno de calor uniforme y constante en el tiempo. Para resolver el problema inverso se usaron algoritmos de optimización global tales como el método de la espiral, el método de búsqueda en vórtice, el método de pesos ponderados, el método de enjambre de partículas unificado, el método de optimización del campo electromagnético y el método de búsqueda armónica de ancho auto-regulado. Los resultados muestran que todos los algoritmos empleados estiman correctamente estos dos parámetros siempre y cuando, la relación señal a ruido (SNR) de las muestras (simuladas en este trabajo) esté por encima de 30 [dB]. Por ende, para propósitos prácticos, si se dispone de un buen diseño experimental y una buena instrumentación, se podrían estimar con alta precisión estos parámetros en tiempo real. PALABRAS CLAVE:Calentamiento por microondas, Estimación de parámetros, Métodos de optimización global, Problema inverso. ABSTRACTThis work considers the real-time prediction of thermal parameters for a cylindrical sample heated in a uniform electromagnetic field. The thermal conductivity ( ) and the heat capacity ( ) were estimated for the present case. The inner volumetric electromagnetic flux radiation process was modeled as uniform and constant in time. The spiral optimization algorithm (SOA), the vortex search (VS), the weighted attraction method (WAM), the unified particle swarm optimization (UPSO), the electromagnetic field optimization (EFO) and the self-regulated fret-width harmony search algorithm (SFHS) were used to solve the ill-posed inverse problem. Results showed that all employed algorithms correctly estimated these two parameter only if the signal-to-noise-ratio of the measured samples (simulated in this work) were above of 30 [dB]. Therefore, for practical purposes, these parameters can be estimated in real-time if a good experimental design and a correctly specified electronic instrumentation are available.

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Section: Análisis Del Rendimiento Y Precisión De Los Algoritmosunclassified

Section: Introductionunclassified

Algoritmos de optimización en la estimación de propiedades termodinámicas en tiempo real durante el tratamiento térmico de materiales con microondas

García

Amaya

Correa

2017

revuin

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“…), and second the ability to use samples of any optical and thermal properties. The proposed approach was used to analyze the signal in measurements utilizing infrared radiometry for signal detection [10][11][12].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Numerical Modeling of Photothermal Experiments on Layered Samples with Mirage-Effect Signal Detection

et al. 2017

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Modeling of the probe beam deflection caused by temperature gradients for layered sample was realized in COMSOL Multiphysics, which utilizes finite element method to analyze heat transport. The sample consisted of a 100-nm-thick layer on a 500-µm-thick substrate. It was also assumed that the sample was illuminated with either a Gaussian or a flat top beam of harmonically modulated intensity. To obtain the probe beam deflection signal, the normal and tangential components of the temperature gradient in the air above the sample were integrated over the probe beam path. The numerical model of the experiment gave insight into the various parameter dependencies, e.g., the thermal and optical properties of the substrate and the layer, and the geometry of the experiment. These insights are used in the analysis of experimental data and in the planning of future measurements.

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“…consisting in sample rotation) or on the duplication of the set of device (e.g. two series of laser and IR camera) [14], [15].…”

mentioning

confidence: 99%

Simultaneous and direct identification of thermophysical properties for orthotropic materials

2019

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A direct and simultaneous estimation method of the main three dimensional thermal diffusivity tensor (" , $ , %) of orthotropic opaque materials, is presented in this paper. This method consists in coupling a non-intrusive and unique 3D flash experiment with a transient nonlinear inverse heat transfer technique. A short and non-uniform excitation is applied on the surface of an orthotropic material using a CO2 laser, while the front face temperature cartography is measured over time by an IR camera. The inverse problem developed in the present study is based on the minimization of the least-squares criterion between the outputs of a 3D thermal quadrupoles model, and the experimental measurements. In order to properly estimate the thermal diffusivities, parameters related to the thermal excitation, in terms of shape and intensity, should be also estimated. In addition to that increase in the number of unknown parameters, the discontinuity nature of the excitation justify the choice of an analytical model. Considering the large number of parameters to estimate, as well as the non-linear nature of the problem, a hybrid optimization algorithm combining a stochastic method and deterministic one, is applied. The identification method proposed in this work, named as DSEH (Direct and Simultaneous Estimation using Harmonics), is validated using an isotropic opaque material of known properties. Finally, the method is used on an orthotropic carbon fiber composite, commonly used in industries, thanks to its thermal and mechanical characteristics. The results are compared to other methods and shown to be in a good agreement with the literature values. The parameters identification is then completed by a sensitivity analysis, and evaluated in terms of robustness, accuracy, and time consumption.

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Retrieving thermal conductivities of isotropic and orthotropic materials

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Algoritmos de optimización en la estimación de propiedades termodinámicas en tiempo real durante el tratamiento térmico de materiales con microondas

Algoritmos de optimización en la estimación de propiedades termodinámicas en tiempo real durante el tratamiento térmico de materiales con microondas

Numerical Modeling of Photothermal Experiments on Layered Samples with Mirage-Effect Signal Detection

Simultaneous and direct identification of thermophysical properties for orthotropic materials

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