基于多物理场仿真与数据驱动代理模型的固体氧化物电解池均质性与效率优化
系统与控制
2022-10-26 v1 系统与控制
摘要
电流与温度分布不均会损害固体氧化物电解池（SOEC）的耐久性。分段 SOEC 实验表明，有利于系统效率的高蒸汽利用率会导致局部蒸汽匮乏并加剧不均性。在优化研究中需联合考量不均性与效率。经实验验证的三维（3D）多物理场模型可可靠地模拟不均性，但因计算成本高而不适用于优化。本研究提出一种结合分段 SOEC 实验、多物理场仿真与人工智能的方法，以联合优化 SOEC 的不均性与效率。首先建立 3D 电池模型并通过分段 SOEC 实验验证；随后基于仿真数据构建快速神经网络代理模型，并集成至多目标优化问题中。其解形成反映不同目标间冲突关系的 Pareto 前沿。研究发现，当蒸汽利用率为 0.7 时，下游电流为上游电流的 60%–65%；将蒸汽利用率提升至 0.8 时，下游电流进一步降至上游电流的 50%–60%。Pareto 前沿使系统运行者能够在效率与不均性之间取得平衡。
引用
@article{arxiv.2210.13766,
title = {Optimizing the Homogeneity and Efficiency of an SOEC Based on Multiphysics Simulation and Data-driven Surrogate Model},
author = {Yingtian Chi and Kentaro Yokoo and Hironori Nakajima and Kohei Ito and Jin Lin and Yonghua Song},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.13766},
year = {2022}
}