[發明專利]一種基于代理模型的海洋條件下大容器液位快速預測方法

有效

• 申請號: 202210066908.7
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114510887B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 王晨陽;韋曉靜;夏庚磊;張元東;王航;彭敏俊;成守宇;朱海山;杜雪
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/27;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于代理模型的海洋條件下大容器液位快速預測方法，包括如下步驟：大容器幾何模型建立、網格劃分、海洋條件模型建立、計算流體動力學軟件求解器設置、數值計算求解、液位變化數據、訓練樣本和測試樣本整理、液位代理模型構建、模型驗證與校驗、不同條件的液位預測。本發明克服在海洋條件下大容器液位預測難度大且成本高的問題，可以在保證預測精度的同時，快速獲得大容器液位在不同海洋條件下的變化情況，可為大容器的結構設計以及液位控制系統提供支撐，確?？刂葡到y動作的準確性與核動力裝置的安全性。

技術領域

本發明涉及一種大容器自由液位預測的方法，屬于船舶動力裝置的液位控制技術領域。具體涉及一種基于代理模型的海洋條件下大容器液位快速預測方法。

背景技術

船舶在海洋環境中運行，受到風、浪等海洋條件的影響，船舶會產生復雜的運動，典型的運動包括橫蕩、縱蕩、垂蕩、橫搖、縱搖和艏搖等。對于船用核動力裝置而言，穩壓器、蒸汽發生器和冷卻水箱等大容器在海洋條件下極易發生容器內部的自由液面晃動。劇烈的液面波動嚴重影響液位測量，干擾控制系統的正常動作，進而威脅船舶動力裝置的運行穩定性及安全性。

現有對海洋條件下大容器液位等水力學特性的研究手段主要是數值模擬和實驗方法，但實驗方法存在著實驗條件嚴格、初始條件不易保證、測量記錄判斷困難和實驗成本高等諸多不足。而采用計算流體力學(CFD)數值模擬的計算負擔較大，通常只能針對局部現象或單一設備進行研究，難以實現對整個船舶動力系統進行建模，進而無法得到對全系統范圍內運行特性的影響。同時由于海洋條件復雜多變，不同的運動類型與運動參數對大容器液位變化的影響規律各不相同，通過實驗或CFD方法難以覆蓋全部情況。開發基于代理模型的液位預測方法能實現不同海洋條件下的液位快速預測，顯著降低計算負擔，具有十分重要的實際應用意義。

發明內容

本發明的目的是為了克服在海洋條件下大容器液位預測難度大且成本高的問題，而提供一種基于代理模型的大容器液位快速預測方法，可以在保證預測精度的同時，快速獲得大容器液位在不同海洋條件下的變化情況，可為大容器的結構設計以及液位控制系統提供支撐，確保控制系統動作的準確性與核動力裝置的安全性。

本發明的目的是這樣實現的：

1.建立大容器自由液面的CFD模型，大容器可為矩形、圓柱形、球形等結構，具體包括使用能夠詳細表征大容器內部水力學狀態的計算流體力學CFD程序建立裝液大容器的幾何模型，確定大容器尺寸和初始靜態液位高度、容器內液體物性等參數；

2.在不同的海洋條件作用下，上述的大容器發生的相對運動，將復雜多自由度運動逐一分解為幾種典型單自由度運動，包括橫蕩、縱蕩、垂蕩、橫搖、縱搖和艏搖等；分析所述各單一運動條件下裝液大容器內液體的受力特點，對所述液體所受切向力、科式力、重力和離心力在非慣性坐標系下分別展開受力分解；

3.分析海洋條件對容器內液體的作用機理，對所述單一運動分別建立不同方向上的附加力模型，修改CFD程序的本構模型，使其能夠準確模擬海洋條件對大容器液位的影響；

4.對所述不同海洋條件下大容器自由液面進行CFD模擬分析，改變海洋條件狀態參數，通過數值計算得到對應條件下的計算結果即容器內液體的水力學參數，海洋條件狀態參數主要包括：海洋條件運動形式及其幅值和頻率等，液體的水力學參數包括：液位動態變化值等；以此構建CFD模擬數據庫；

5.利用所述CFD模擬數據庫，按輸入變量和輸出變量之間的關系整理得到大容器液位的訓練樣本和測試樣本，輸入變量即海洋條件參數，輸出變量即不同條件參數對應的自由液位參數，構建海洋條件下大容器液位代理模型，如神經網絡模型、克里金模型等，并根據所選模型，合理設置模型內部參數，如輸入層、隱藏層、輸出層神經元個數等。

6.基于訓練集數據對對所述自由液面液位代理模型進行測試，驗證所構建的代理模型，確保所得模型精度滿足預期要求；