優化建模方法檢視原始碼討論檢視歷史

來自 搜狐網 的圖片

優化建模方法基於 Surrogate 優化建模方法的預裝式氫儲能電站結構布局優化，為探索預裝式氫儲能電站的散熱布局問題，提出一種基於 Surrogate 算法的設計方法。

一、案例簡介

以功率密度最大為目標，結合 COMSOL Multiphysical 有限元仿真軟件與 Surrogate 算法對質子交換膜燃料電池（PEMFC）進行結構優化，明晰了 PEMFC 功率密度範圍及其熱負荷。基於此，在預裝式氫儲能電站箱體可行通風散熱方案中篩選出最佳方案，以氫儲能電站功率最大為目標，以通風散熱效果為限制條件，以出風口幾何尺寸與 PEMFC 功率密度為變量，結合 Ansys CFX 軟件與 Surrogate 算法求解氫儲能電站在最佳散熱方案下的布局問題，並通過某公司氫儲能電站進行了算例驗證。驗證結果表明：該設計方法解決了有限元模擬搜索法的算力高消耗與結果低通用性的問題，為工業界在多物理量變尺度設計問題上提供了一種有效的解決方案。

二、技術要點

本項目提出一種基於 Surrogate 建模優化算法的結構優化方法，通過對模擬結果的數據建模，將有限元計算的結果擬合為數值模型，使其可以應用傳統的數學計算軟件進行優化計算。在保留部分有限元結果精度的前提下，大幅度降低算力需求，為多物理量變尺度的工業設計優化問題提供了一種新思路。

三、應用場景

質子交換膜燃料電池

四、應用成效

1）本項目探討了預裝式氫儲能電站主要熱源 PEMFC 的功率密度問題，通過對 PEMFC 的結構設計優化，可以將氫儲能電站的功率密度提升至 4kW/m2，相對於原系統採用的鋰電池 5kW/m2 的功率密度相差不大。 2）在考慮 PEMFC 功率密度及工作效率的前提下，本項目針對預裝式儲能電站的通風散熱問題，分別測試了迴風口在上，進風口在三種方案下儲能電池架的溫度。結果表明，進風口雙側進風對流的散熱效果最好，溫度分布最均勻。進而選擇 Surrogate 方法對預裝式儲能電站的具體散熱設置進行了優化測試，有限元測試結果顯示：通過採取扁平矩形的低位進風口，可以在原設計的基礎上，以溫度上升3.8%的代價，提升原設計 81.5%的功率。 3）針對傳統有限元搜索優化算法運算時間長，算力需求高的問題，本項目通過 Surrogate 優化算法對有限元模型進行了簡化，將原本數百小時的優化過程縮短至 1~2h，同時將誤差成功控制在 10%以下。通過數值模型的構建，此方法克服了現有研究有限元軟件與優化計算軟件不通用的問題，為此類多物理量變尺度的工業設計問題提供了有效的參考方案。