高温作业服优化设计：MATLAB在隔热性能与成本控制中的应用

"控制系统计算机辅助设计：matlab语言与应用，薛定宇，第二版，2018" 本文深入探讨了使用MATLAB进行控制系统计算机辅助设计的方法，特别关注了在解决实际工程问题中的应用。在优化设计方面，文章通过一个具体的例子——高温作业服的优化设计，展示了如何运用MATLAB解决多目标优化问题。 在【8.3 模型求解】部分，文章提到如何将多目标优化问题转化为单目标优化问题。在高温作业服的设计中，有两个主要优化目标：一是提升隔热性能，二是降低成本。由于第四层材料的导热系数远低于第二层，所以在相同的隔热性能需求下，增加第四层的厚度比增加第二层更有效率。同时，为了降低成本，目标是使第二层的厚度最小。通过转化，优化目标变成了找到最小的第二层厚度，同时保持隔热性能。 在【2018年】的研究中，作者建立了非稳态一维传热模型，以分析高温作业服的传热过程。模型简化了三维问题，重点关注热传导和热对流，基于能量守恒定律建立了偏微分方程组。采用有限差分法求解方程组，得到了最佳的参数估计，即第一层和第四层的换热系数。 在【8.4 结果展示】环节，模型求解出最优的厚度设计是第二层为19.2mm，第四层为6.4mm。这些数值满足了约束条件，例如最大温度不超过特定值且超过某一阈值的时间要短。问题二的优化模型强调在满足隔热性能的前提下，第二层的厚度最小，结果为17.5mm，最大温度为44.0799℃，超过44℃的时间少于5分钟。这表明第二层对最大温度的影响相对较小，但其厚度增加会影响传热速度。 在多目标优化问题（问题三）中，兼顾舒适性、节约性、性能稳定性和研发效率，模型被调整为寻找第二层和第四层的最小厚度，以满足30分钟内的温度限制。通过将多目标问题转化为单目标问题，第二层和第四层的最优厚度分别确定为19.2mm和6.4mm，同样满足了不超过44℃和短时间内超过该温度的条件。这一结果突显了第二层材料在延长传热时间上的作用，而第四层材料则增强了隔热效果，适应不同的工作环境。 文章详细介绍了如何使用MATLAB解决工程优化问题，特别是针对高温作业服的非稳态一维传热模型的构建和优化设计。模型的建立和求解方法为其他类似工程问题提供了参考和指导，同时也指出了一些可能的改进和扩展方向，如进一步考虑热辐射的影响和各层材料的不同作用。关键词包括非稳态一维传热过程、有限差分法以及优化模型。