Additive manufacturing has enabled the production of more advanced reactor geometries, resulting in the potential for significantly larger and more complex design spaces. Identifying and optimising promising configurations within broader design spaces presents a significant challenge for existing human-centric design approaches. As such, existing parameterisations of coiled-tube reactor geometries are low-dimensional with expensive optimisation limiting more complex solutions. Given algorithmic improvements and the onset of additive manufacturing, we propose two novel coiled-tube parameterisations enabling the variation of cross-section and coil path, resulting in a series of high dimensional, complex optimisation problems. To ensure tractable, non-local optimisation where gradients are not available, we apply multi-fidelity Bayesian optimisation. Our approach characterises multiple continuous fidelities and is coupled with parameterised meshing and simulation, enabling lower quality, but faster simulations to be exploited throughout optimisation. Through maximising the plug-flow performance, we identify key characteristics of optimal reactor designs, and extrapolate these to produce two novel geometries that we 3D print and experimentally validate. By demonstrating the design, optimisation, and manufacture of highly parameterised reactors, we seek to establish a framework for the next-generation of reactors, demonstrating that intelligent design coupled with new manufacturing processes can significantly improve the performance and sustainability of future chemical processes.


翻译:增材制造使更先进反应器几何结构的制造成为可能,从而催生了显著更大、更复杂的设计空间。在更广泛的设计空间中识别和优化有前景的构型,对现有以人为中心的设计方法构成了重大挑战。因此,现有盘管式反应器几何结构的参数化方案维度较低,且昂贵的优化过程限制了更复杂解决方案的探索。考虑到算法改进和增材制造的兴起,我们提出了两种新型盘管式反应器参数化方法,能够实现截面形状和盘管路径的变化,从而产生一系列高维、复杂的优化问题。为确保在梯度不可用的情况下进行可处理的非局部优化,我们采用了多保真贝叶斯优化方法。该方法能够表征多个连续保真度,并与参数化网格划分和仿真相结合,使优化过程中能够利用质量较低但速度更快的仿真。通过最大化平推流性能,我们识别了最优反应器设计的关键特征,并将其外推得到两种新型几何结构,进而通过3D打印和实验进行了验证。通过展示高度参数化反应器的设计、优化和制造过程,我们力图建立下一代反应器的设计框架,证明智能设计与新型制造工艺相结合能够显著提升未来化学过程的性能和可持续性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Attentive Graph Neural Networks for Few-Shot Learning
Arxiv
40+阅读 · 2020年7月14日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
2+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
6+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
7+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
19+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
11+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
专知会员服务
11+阅读 · 5月30日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员