物理学 > 应用物理
[提交于 2025年9月4日
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标题: 使用傅里叶变换的热扩散波场使神经网络理解内部传热
标题: Making neural networks understand internal heat transfer using Fourier-transformed thermal diffusion wave fields
摘要: 热传播由声子相互作用控制,并用偏微分方程(PDEs)进行数学描述,这些方程将热传输与材料的固有特性联系起来。传统的实验技术基于表面辐射来推断热响应,限制了它们全面解析地下结构和内部热分布的能力。此外,现有的热层析技术只能从每一层中拍摄一帧图像。物理信息神经网络(PINNs)最近作为解决传热中反问题的强大工具出现,通过将观测数据与物理约束相结合。然而,标准的PINNs主要专注于拟合给定的外部温度数据,而没有对未知的内部温度分布的明确了解。在本研究中,我们引入了一种赫姆霍兹信息神经网络(HINN),以预测内部温度分布,而无需内部测量。时域热扩散方程被转换到频域并成为伪赫姆霍兹方程。HINN将这个伪赫姆霍兹方程嵌入学习框架中,利用热场的真实和虚部。最后,逆傅里叶变换将真实部分和虚部带回时域,并可用于映射具有内部缺陷的三维热场。此外,进行了截断操作以提高计算效率,并采用了共轭对称性原理来修复被丢弃的数据。这种方法显著提高了预测精度和计算效率。我们的结果表明,HINN优于最先进的PINNs和反向热求解器,为材料科学、生物医学诊断和无损评估等应用中的非侵入式热成像提供了一种新解决方案。
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