【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及流场系统中导流板优化领域，尤其涉及一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法。
技术介绍
1、导流板的优化设计在实际工程中是一个非常热门的主题，其应用场景也非常广泛，比如锅炉选择性催化还原(scr)系统中烟道内导流板设计、布袋除尘器中导流板设计、柴油机烟道导流板设计以及客车空调风道导流板设计等，其布置方式以及优化设计对于系统的稳定高效运行至关重要。下面以电厂锅炉中的scr系统为例进行介绍。
2、电厂锅炉作为我国能源动力系统的重要组成之一，为我国的经济社会发展提供了强大的动力支持。以煤炭为主的能源系统必然需要进一步的系统和结构优化才能达到更低的排放标准。在电厂锅炉装置中，其主要的排放污染物为nox和一些硫化物。现有成熟的锅炉设备中都配有scr系统进行烟气的后处理，但是近年来，现有的scr系统无法满足不断提高的超低排放标准。其主要原因是scr系统内烟气的不均匀分布从而导致烟气与氨的不均匀混合，进而影响烟气的脱销效率以及出现氨逃逸的现象等。在工程上，主要通过在系统中设置导流板、静态混合器以及整流器等设备来降低污染物的排放，其中导流板对于调节scr系统内流场的分布至关重要，合理的导流板设计将有效的提高脱销效率，降低氨的逃逸。因此，导流板的优化设计对于锅炉设备的超低排放有非常重要的作用，同时也具有重要的工程应用价值。
3、与其它工业设备的结构优化设计相似，传统的导流板结构优化设计首先需要根据其内部流场的不均匀性设置导流板的数量，形状以及布置方式等，然后用前处理软件对烟道和导流板的几何进行建模以
4、张军强等人(张军强,王刚,李志同等.布袋除尘器内部导流部件优化设计方法[p].北京：cn107497195a,2017-12-22.)提出了一种布袋除尘器内部导流部件优化设计方法，其通过ansys-fluent软件对布袋除尘器内部的两相流过程进行了数值模型，然后通过后处理得到了在除尘器内部的烟气和飞灰颗粒的分布情况，接着通过不断变化导流板的大小、位置以及形状等对布袋除尘器内部的两相流动进行重复的模拟以及分析，进而从中挑选到最优的导流板尺寸、角度和位置等结构参数。
5、程辉国(程辉国.一种燃煤电厂scr脱硝系统流场优化设计方法[p].广东省：cn115600515a,2023-01-13.)针对燃煤电厂scr脱硝系统的流场优化提出了一种设计方法，其大体步骤分为模型构建、网格划分、设置边界条件、数值模拟以及后处理。通过这五个步骤对scr系统内的导流板布置形式以及导流板的形状结构对烟气流动的均匀性的影响进行了10个工况的数值模拟，最后从中确定了导流板的优化设计，实现了流场的均匀性。
6、黄飞等人(黄飞,李明磊,朱德力等.一种scr入口罩烟道流场优化设计方法[p].江苏省：cn112705048b,2022-12-13.)提出了一种scr入口罩烟道流场优化设计方法，首先建立scr系统反应器的三维模型，然后对几何进行网格的划分，设置边界条件并进行数值模拟，最后后处理烟气速度分布相对标准偏差、烟气入射催化剂角度以及氨氮摩尔比分布相对标准偏差并与设计指标进行比较，通过多次优化设计，直至满足设计性能指标。
7、现有的结构优化设计方法的缺点主要包括以下三个方面：
8、(1)多次优化设计，计算成本大。传统的导流板优化设计方法需要对设计空间中的很多工况进行模拟，而在模拟的过程中，网格划分和流场求解都是非常耗时的。当设计空间很大时，传统设计方法的计算成本将非常大，甚至不可接受，从而导致了不可避免地巨大时间成本和经济成本。
9、(2)只模拟设计空间中的几个工况，并不能获得设计空间中的最优参数。传统的导流板优化设计方法是对设计空间中的某些工况进行模拟，然后从中挑选满足标准的设计，但有时设计指标在设计空间中的变化并不是线性的，因此可能导致最终选出的“最优”工况并不是最优解。
10、(3)对于多性能指标的优化设计问题，传统方法找不到最优解。在传统的导流板优化设计方法中通过后处理得到每种工况下的性能指标，然后再进行结构的调整，不断地进行尝试，最终找到满足要求的设计参数，但是由于导流板对于每种性能指标的影响不一致，甚至相反，从而导致在多性能指标的优化问题中找不到最优解。
11、为了解决上述现有的技术缺点，本专利技术的目的是针对流场系统中导流板的优化设计问题，建立一套基于物理驱动的多性能指标优化的参数化模拟的新型代理模型建模方法，并实现现有技术尚不具备的三个特点：(1)基于物理驱动的参数化代理模型只需要训练一个模型，即可得到整个设计空间中的所有工况结果，从而极大的节省了时间成本以及经济成本。(2)参数化代理模型训练了整个设计空间中的所有工况，因此能够通过后处理得到设计空间中的所有工况的性能指标，然后能够从中挑选出性能指标最好的那个工况所对应的结构参数，也就是说能真正的找到设计空间中的最优解。(3)参数化代理模型训练完成之后，只需要简单的后处理即可得到想要的性能指标，对于多性能指标的优化问题，只需要找到满足多性能指标的重叠空间，然后即可从该空间中挑出最优设计参数，这样才能找到真正意义上的最优解。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，该方法包括以下步骤：
3、(1)问题定义：确认导流板所在流场系统的设计参数，以及导流板设计参数的取值范围，并定义需求的物理场变量和性能指标，导流板设计参数包括导流板外型设计参数以及位置参数；
4、(2)建模设置：包括物理问题设置和神经网络设置，所述物理问题设置需定义流场系统的计算空间、控制方程、设计参数以及后处理的物理场变量，所述神经网络设置针对流场系统构建物理驱动神经网络模型，然后对网络输出的物理场变量执行自动微分操作，用于约束神经网络训练；
5、(3)结果分析：基于构建的物理驱动神经网络模型参数化求解在定义的设计参数下的流场分布以及所对应的性能指标或物理场变量，该结果用于分析该流场系统内流场分布与流场系统和导流板设计参数之间的关联性和敏感性；
6、(4)优化设计：基于步骤(4)的分析结果对导流板进行优化和设计，并根据优化设计的目标函数以及约束函数，获得符合要求的导流板设计参数或者最优化的参数配置。
7、进一步地，步骤(1)中，流场系统的设计参数包括边界条件设置，以及物性参本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，步骤(1)中，流场系统的设计参数包括边界条件设置，以及物性参数和工况参数；边界条件包括流场进、出口的边界条件和壁面的边界条件。
3.根据权利要求3所述的一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，所述物性参数包括流体的密度和黏度。
4.根据权利要求1所述的一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，步骤(1)中，所述物理场变量是流场关于空间坐标和时间的变量，包括流场速度和压力。
5.根据权利要求1所述的一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，步骤(1)中，所述性能指标包括流场出口速度分布的均匀性系数、流场系统的压降和流场进出口能量损失。
6.根据权利要求1所述的一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，步骤(2)中，基于反向传播计算各物理场变量关于时空坐标的偏微
7.根据权利要求6所述的一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，在模型训练的过程中能够加入利用数值模拟方法所得到的流场信息作为训练数据，实现物理和数据双驱动建模。
8.根据权利要求1所述的一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，物理驱动神经网络模型输出为流场系统的物理场变量以及输出变量关于输入变量的各阶偏导数，从而推导计算出流场系统中与流动相关的变量分布，以及用户自定义系统优化设计的目标函数和约束函数。
9.根据权利要求1所述的一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，步骤(4)中，对物理驱动神经网络模型基于各个设计参数得到的物理场变量或性能指标进行敏感性分析，分析各设计参数在流场系统内与各性能指标之间的关联性以及对物理场变量影响的重要性。
10.一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计装置，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，其特征在于，所述处理器执行所述可执行代码时，实现如权利要求1-9中任一项所述的一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，步骤(1)中，流场系统的设计参数包括边界条件设置，以及物性参数和工况参数；边界条件包括流场进、出口的边界条件和壁面的边界条件。
3.根据权利要求3所述的一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，所述物性参数包括流体的密度和黏度。
4.根据权利要求1所述的一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，步骤(1)中，所述物理场变量是流场关于空间坐标和时间的变量，包括流场速度和压力。
5.根据权利要求1所述的一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，步骤(1)中，所述性能指标包括流场出口速度分布的均匀性系数、流场系统的压降和流场进出口能量损失。
6.根据权利要求1所述的一种基于物理驱动参数化代理模型的导流板优化设计方法，其特征在于，步骤(2)中，基于反向传播计算各物理场变量关于时空坐标的偏微分，并将其带入到流场系统的边界条件和控制方程中，构造出基于物理驱动的损失函数，使用...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹镇，刘凯，罗坤，程豫洲，刘岸雄，樊建人，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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