根据部分可观测信息反演传热系统的内部特征或热边界条件，构成了传热学反问题(inverse heat transfer problem, IHTP)。传热学反问题广泛存在于科学研究和众多技术领域。近十几年来，传热学反问题及其应用研究十分活跃，对于线性非时变传热反问题，已经建立了一些相对成熟的研究方法。另一方面，实际工程领域的许多传热问题都具有明显的时变不确定性和非线性等基本特征，现有的传热学反问题研究方法能够提供的理论支撑明显不足，对该问题进行深入研究具有明显的科学意义和实际价值。
　　本文针对IHTP研究存在的主要问题，提出应用多模型自适应思想研究非线性传热过程反演问题。论文的主要研究工作与成果包括以下五个方面：
　　①基于多模型自适应思想，建立了非线性传热系统的温度预测模型。根据系统的非线性特征参数将传热系统划分为多个线性化子空间，基于阶跃响应函数建立与各子空间对应的线性预测子模型；进一步，根据各线性子模型与实际传热系统的瞬时匹配程度，通过预测子模型集的加权综合获得非线性传热系统的全局性预测模型，为建立非线性传热过程多模型自适应反演方案奠定了基础。
　　②针对非线性传热系统热边界条件反问题，提出了一种多模型自适应反演(multiple model adaptive inverse, MMAI)方案。以非线性传热系统的全局性预测模型及温度测量信息为基础，通过滚动优化实现系统瞬时热边界条件的反演。利用MMAI方案分别研究了移动热源传热系统热源强度反演及变热物性传热系统边界热流反演等问题，并与自适应顺序函数法(ASFSM)及动态矩阵控制(DMC)方案进行了对比，证实了MMAI方案求解非线性传热过程反问题的有效性。
　　③针对时变对流换热系数反演问题，建立了一种基于边界条件转移的多模型自适应反演(BCT-MMAI)方案，将未知时变对流换热系数的反演转移为对已知边界条件的反演，解决了MMAI方案反演时变对流换热系数时无法判断线性子模型和实际传热系统瞬时匹配程度的问题。根据拟定的特征量离散点，实现非线性传热系统线性子空间分割，建立温度预测子模型；根据温度预测信息和测量信息，通过滚动优化获得已知边界条件的估计值。进一步，基于已知边界条件估计值的偏差信息，对特征量离散值进行综合加权，间接产生时变对流换热系数的辨识结果。
　　④应用前述的MMAI方案研究了工件钻孔加工过程中移动热边界条件的反演和瞬态温度场重构问题。通过数值仿真试验探讨了子模型数目，孔径尺寸以及未来时间步数等对热边界条件反演结果的影响；进一步，基于钻孔过程的实测温度数据，采用MMAI方案反演了工件的移动边界热流，在此基础上重构了工件的瞬态温度场，并利用温度测量信息对移动边界热流反演结果的可靠性进行了验证。
　　⑤利用前述的BCT-MMAI方案，研究了膜式水冷壁向火侧局部辐射热流、管内流体温度以及管内对流换热系数等多个时变热边界条件的同时反演问题。将对流换热系数的反演转移为对水冷壁背火侧绝热边界的反演问题。基于MMAI方案直接获得辐射热流和管内流体温度的反演结果，并通过特征量离散值的综合加权，间接产生管内的对流换热系数。上述研究结果为水冷壁温度的在线监测提供了一种有前途的解决方案。