الذكاء الاصطناعي يزيد من كفاءة مفاعل ذراع الجسر عن طريق خوارزميات جينية

عندما يولد مفاعل يبلغ وزنه 1733 كيلوجرامًا أكثر من 60 كيلووات من فقدان الطاقة أثناء التشغيل، مع ارتفاع درجات الحرارة في النقاط الساخنة إلى 71.1 درجة مئوية، فإن ذلك لا يمثل هدرًا كبيرًا للطاقة فحسب، بل يمثل أيضًا تدهورًا متسارعًا للمواد العازلة. في أنظمة الطاقة، تعمل مفاعلات ذراع الجسر كمكونات حاسمة للحد من التيار وتصفيته، حيث يؤثر التصميم الهيكلي بشكل مباشر على الاستقرار التشغيلي والكفاءة الاقتصادية. مع متطلبات الحفاظ على الطاقة الصارمة بشكل متزايد، يواجه المهندسون التحدي المتمثل في موازنة الوزن، وفقدان الطاقة، وارتفاع درجة الحرارة مع تحسين الأداء.

البنية التقنية الأساسية: نمذجة المجال الكهرومغناطيسي الحراري المكافئ

تستخدم مفاعلات ذراع الجسر الحديثة عادةً بنية مغلفة متعددة الطبقات، مع ملفات داخلية مؤمنة من خلال صب راتنجات الإيبوكسي. تشكل الفواصل العازلة بين الطبقات قنوات هواء تبريد. يسمح هذا التكوين المتوازي بمعاملة كل طبقة تغليف على أنها ملف لولبي مكافئ. بالنسبة لحسابات المعلمات الكهرومغناطيسية، يطبق الباحثون قوانين كيرشوف للجهد والتيار على الترددات الأساسية، مما يبسط الحث المتبادل المعقد للملفات اللولبية المحورية المكافئة.

يمثل النموذج الكهرومغناطيسي الناتج كلاً من مكونات التيار المستمر والتأثيرات التوافقية. من خلال عمليات محاكاة السوائل الحرارية المقترنة، تتحول خسائر الملفات إلى مصطلحات مصدر الحرارة، مما يرسم بدقة تطور مجال درجة الحرارة من بدء التشغيل إلى التشغيل في الحالة المستقرة.

استراتيجية التحسين: تنفيذ الخوارزمية الجينية متعددة الأهداف

قام فريق البحث بتطبيق NSGA-II (خوارزمية الفرز الجينية غير المسيطرة II) لتحقيق التوازن الأمثل بين الخسارة المنخفضة والحد الأدنى من ارتفاع درجة الحرارة والتصميم خفيف الوزن. تم اختيار أربعة متغيرات رئيسية: عدد الفروع (n)، متوسط ​​نصف قطر الملف (R)، عدد الدورات (N)، وقطر الموصل (d).

تم تطوير استراتيجية جديدة ثلاثية القيد، تحافظ على انخفاض جهد المقاومة المتساوي، وارتفاع درجة الحرارة المكافئ، وكثافة الخسارة الموحدة. استخدمت عملية التحسين أخذ عينات Hypercube اللاتينية (LHS) لبناء مساحة تصميم رباعية الأبعاد، بينما عززت نمذجة سطح استجابة Kriging دقة التنبؤ بارتفاع درجة الحرارة، مما يضمن الدقة العلمية والتقارب.

معالم الأداء: قبل وبعد التحسين

من خلال اختبار مفاعل ذراع الجسر الذي تم إيقاف تشغيله بقدرة 21.25 ميجاهرتز من محطة توليد الطاقة، قام الفريق بتوليد حل باريتو الأمثل الموزع بشكل موحد بعد 150 جيلًا من التطور الجيني. أظهر النموذج الأولي الأمثل تحسينات شاملة مع الحفاظ على الحث المقدر عند 21.82 مللي أمبير:

• كفاءة الطاقة:انخفض إجمالي الخسائر من 61.65 كيلووات إلى 34.21 كيلووات (تخفيض بنسبة 44.51%)
• الإدارة الحرارية:انخفضت درجة حرارة النقطة الساخنة من 71.1 درجة مئوية إلى 42.9 درجة مئوية (انخفاض بنسبة 39.66%)، مما أدى إلى إطالة عمر العزل بشكل كبير
• التحسين الهيكلي:تم تقليل الكتلة الإجمالية للملف من 1,733.2 كجم إلى 1,302.7 كجم (تخفيض بنسبة 24.83%)

يوضح هذا التقدم في التصميم إمكانية التحسين متعدد الأهداف في تطوير معدات الطاقة، وإنشاء إطار تقني لتصميمات مفاعلات مستقبلية عالية الموثوقية وموفرة للطاقة.