Conjugate heat transfer (CHT) models are vital for the design of many engineering systems. However, high-fidelity CHT models are computationally intensive, which limits their use in applications such as design optimization, where hundreds to thousands of model evaluations are required. In this work, we develop a modular deep convolutional encoder-decoder hierarchical (DeepEDH) neural network, a novel deep-learning-based surrogate modeling methodology for computationally intensive CHT models. Leveraging convective temperature dependencies, we propose a two-stage temperature prediction architecture that couples velocity and temperature models. The proposed DeepEDH methodology is demonstrated by modeling the pressure, velocity, and temperature fields for a liquid-cooled cold-plate-based battery thermal management system with variable channel geometry. A computational model of the cold plate is developed and solved using the finite element method (FEM), generating a dataset of 1,500 simulations. The FEM results are transformed and scaled from unstructured to structured, image-like meshes to create training and test datasets. The DeepEDH methodology's performance is examined in relation to data scaling, training dataset size, and network depth. Our performance analysis covers the impact of the novel architecture, separate field models, output geometry masks, multi-stage temperature models, and optimizations of the hyperparameters and architecture. Furthermore, we quantify the influence of the CHT thermal boundary condition on surrogate model performance, highlighting improved temperature model performance with higher heat fluxes. Compared to other deep learning neural network surrogate models, such as U-Net and DenseED, the proposed DeepEDH methodology for CHT models exhibits up to a 65% enhancement in the coefficient of determination ($R^{2}$).


翻译:共轭传热(CHT)模型对许多工程系统的设计至关重要。然而,高保真度的CHT模型计算密集,限制了其在设计优化等需要数百至数千次模型评估的应用中的使用。本文开发了一种模块化的深度卷积编码器-解码器分层(DeepEDH)神经网络,这是一种基于深度学习的新型代理建模方法,用于计算密集型的CHT模型。利用对流温度依赖性,我们提出了一种两阶段温度预测架构,将速度场与温度场模型耦合。通过模拟可变通道几何结构的液冷冷板式电池热管理系统的压力场、速度场和温度场,展示了所提出的DeepEDH方法。建立冷板的计算模型并使用有限元方法(FEM)求解,生成了包含1,500次模拟的数据集。将FEM结果从非结构化网格转换并缩放到结构化、类图像网格,以创建训练和测试数据集。考察了DeepEDH方法在数据缩放、训练数据集大小和网络深度方面的性能。性能分析涵盖了新架构、独立场模型、输出几何掩码、多阶段温度模型以及超参数和架构优化的影响。此外,我们量化了CHT热边界条件对代理模型性能的影响,强调了更高热流密度下温度模型性能的提升。与其他深度学习神经网络代理模型(如U-Net和DenseED)相比,所提出的用于CHT模型的DeepEDH方法将决定系数($R^{2}$)提升了高达65%。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6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
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25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
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
1+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
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
1+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
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
3+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
4+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
10+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
7+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
战略前沿人工智能的再思考(中文)
专知会员服务
8+阅读 · 5月29日
《量化地基防空系统间接效应的博弈论方法》
专知会员服务
6+阅读 · 5月29日
相关VIP内容
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6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
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25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
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
1+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
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
1+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
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员