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基于改进BP神经网络的节流孔板空化特性预测

张宇 孙磊 何超 袁少波

张宇, 孙磊, 何超, 袁少波. 基于改进BP神经网络的节流孔板空化特性预测[J]. 核动力工程, 2021, 42(6): 135-140. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0135
引用本文: 张宇, 孙磊, 何超, 袁少波. 基于改进BP神经网络的节流孔板空化特性预测[J]. 核动力工程, 2021, 42(6): 135-140. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0135
Zhang Yu, Sun Lei, He Chao, Yuan Shaobo. Prediction of Cavitation Characteristics of Throttle Orifice Plate Based on Improved BP Neural Network[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(6): 135-140. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0135
Citation: Zhang Yu, Sun Lei, He Chao, Yuan Shaobo. Prediction of Cavitation Characteristics of Throttle Orifice Plate Based on Improved BP Neural Network[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(6): 135-140. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0135

基于改进BP神经网络的节流孔板空化特性预测

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0135
详细信息
    作者简介:

    张 宇(1996—),男,研究实习员,现主要从事反应堆结构流致振动研究,E-mail: 1532010457@qq.com

    通讯作者:

    孙 磊,E-mail: SUNLEI_SL1@163.com

  • 中图分类号: TL353+.11; O351

Prediction of Cavitation Characteristics of Throttle Orifice Plate Based on Improved BP Neural Network

  • 摘要: 为高效地获取核级管道中节流孔板附近的空化特性,构建了可靠的改进反向传播(BP)神经网络预测模型。首先提取了节流孔板的几何特征参数,并使用拉丁超立方抽样(LHS)方法生成了上述几何特征参数的样本库;然后通过计算流体力学(CFD)方法得到了各个样本对应的最小空化数,以该无量纲参数作为输出响应;最后针对原始BP神经网络预测模型的不足,结合遗传算法建立了节流孔板空化特性的改进预测模型。结果表明,孔板开孔直径和前开角度对最小空化数具有较强的全局敏感度;通过遗传算法优化后的BP神经网络预测模型的预测精度得到了大幅提升,误差均方根降低约36.4%。

     

  • 图  1  LHS原理及示例

    Figure  1.  Principle and Example of LHS

    图  2  BP神经网络拓扑结构

    m—输入层神经元数,即输入参数的个数;n—隐含层神经元数;q—输出层神经元数;${w_{2,n-3,1}}$—从第2层的第n个神经元到第3层的第1个神经元的权值;x1,…,xm—输入层输入量的分量;h1,… ,hn—隐含层输出量的分量;o1,… ,oq—输出层输出量的分量

    Figure  2.  Topology Structure of BP Neural Network

    图  3  计算流程

    Figure  3.  Calculation Process

    图  4  节流孔板结构

    Df—孔直径;ts—孔板厚度;tf—孔板平直段厚度;$\alpha $和$\beta $—孔板前、后开角      

    Figure  4.  Structure of Throttle Orifice Plate

    图  5  二维轴对称计算域

    Figure  5.  Computational Domain with 2D Axis-Symmetry

    图  6  计算域网格

    Figure  6.  Grid of Computational Domain

    图  7  不同截面处的轴向速度曲线

    Figure  7.  Axial Velocity Curves at Different Cross Sections

    图  8  几何特征参数的敏感度

    Figure  8.  Sensitivities of Geometric Feature Parameters

    图  9  未改进预测模型的预测结果

    Figure  9.  Prediction Results of Unimproved Prediction Model

    图  10  改进预测模型的预测结果

    Figure  10.  Prediction Results of Improved Prediction Model

    表  1  参数信息

    Table  1.   Parameters Information

    参数名参数值范围均值初始值
    Dp/mm180.3180.3180.3
    ts/mm101010
    ${\xi _1}$0.1~0.70.40.407
    ${\xi _2}$0.2~0.80.50.5
    ${\xi _3}$0.1~0.40.250
    ${\xi _4}$0.1~0.40.250
    下载: 导出CSV

    表  2  误差均方根对比

    Table  2.   Comparison of Error Root Mean Square

    对比量未改进预测模型改进预测模型相对偏差/%
    erms0.330.2136.4
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-09
  • 修回日期:  2021-05-27
  • 刊出日期:  2021-12-09

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