基于改进花授粉算法和代理模型的Savonius型风机叶片形状高效智能优化方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51905284
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0506.机械设计学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Savonius wind turbine has numerous advantages and broad application prospects, however, the inherent defect of low energy capture efficiency has severely limited its development. Optimizing the shape of its blades can significantly improve its energy capture efficiency, while the current design methods still have some deficiencies, such as relying too much on design experience, low efficiency, and poor results. This research intends to study the optimal design method for the blade shape of Savonius wind turbine aims to increase its power coefficient by comprehensively using the knowledges of computer graphics, CFD, surrogate models, and computational intelligence. Firstly, the blade shape is parameterized using Bessel curves. Then, some sample points are determined in the decision space using experimental design methods, and their responses are accurately calculated using CFD numerical simulation. Next, surrogate models with less computational complexity, higher solving efficiency, and enough fitting accuracy are built using these sample points and their responses and based on radial basis function model and Kriging model. After, improved flower pollination intelligent optimization algorithms are adopted to solve these surrogate models to obtain the best shape parameters. Finally, the above design procedures are integrated together based on Isight platform to form an efficient and reliable intelligent optimization method for the blade shape of Savonius wind turbine. This study can break through the limitations of existing design methods and improve the energy capture efficiency and the design level of Savonius wind turbine, and thus has important theoretical value and practical significance.
Savonius型风机具有诸多优点、应用前景广阔,但捕能效率低的固有缺陷严重限制了其发展。优化其叶片形状可显著提高其捕能效率,但现有设计方法普遍过于依赖经验、效率低、结果差。本研究拟综合运用计算机图形学、计算流体动力学、代理模型技术和计算智能等多学科知识,以提高风机功率系数为目标,研究该类型风机叶片形状的优化设计方法。首先基于贝塞尔曲线参数化表达叶片形状,其次基于试验设计方法确定决策空间内的样本点并利用计算流体动力学数值模拟技术获得各样本点的响应,然后基于径向基函数模型、Kriging模型建立计算量小、求解效率高的代理模型,并利用改进花授粉智能优化算法寻优代理模型获取优化结果,最后基于Isight平台集成整个设计过程,从而建立一套面向该类型风机叶片形状设计的高效可靠的智能优化方法。本研究可突破现有设计方法的局限,提高Savonius型风机的捕能效率和设计水平,具有重要的理论价值和现实意义。

结项摘要

本项目针对Savonius型风机捕能效率较低的固有缺陷,以叶片这一关键零部件的形状优化设计方法为研究对象展开研究。首先运用三阶贝塞尔曲线参数化表征叶片形状,然后采用拉丁超立方采样法获取设计样本并基于CFD评估各样本的力矩系数值,进而利用径向基函数模型、Kriging模型、支持向量回归模型拟合叶片形状设计参数与叶片力矩系数值之间的非线性关系,最后以代理模型作为评价工具、以花授粉算法等智能优化算法作为寻优工具对设计方案进行寻优并利用CFD对优化结果进行验证。通过上述过程,构建了面向Savonius型风机叶片形状优化设计问题的高效、可靠、智能的优化方法。仿真结果表明,在风速为7m/s,叶尖速比为1时,研究获得的新型叶片相比于传统半圆形叶片其平均力矩系数可提高7%以上,同时制造材料可节约10%以上。本研究突破了现有设计方法过于依赖设计人员的既有经验、设计效率较低的局限,提高了Savonius型风机的捕能效率,具有一定的理论价值和现实意义。基于项目研究情况,目前已发表SCI论文3篇,录用SCI论文1篇,授权发明专利1项,培养研究生3名。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Optimal design of Savonius wind turbine blade based on support vector regression surrogate model and modified flower pollination algorithm
基于支持向量回归代理模型和改进花授粉算法的Savonius风力机叶片优化设计
  • DOI:
    10.1016/j.enconman.2022.116247
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    Energy Conversion and Management
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Rongyuan Jia;Huaijie Xia;Song Zhang;Weiguang Su;Shuhui Xu
  • 通讯作者:
    Shuhui Xu
Blade shape optimization of Savonius wind turbine using radial based function model and marine predator algorithm
使用径向函数模型和海洋捕食者算法对 Savonius 风力涡轮机叶片形状进行优化
  • DOI:
    10.1016/j.egyr.2022.09.062
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
    Energy Reports
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Huaijie Xia;Song Zhang;Rongyuan Jia;Huadong Qiu;Shuhui Xu
  • 通讯作者:
    Shuhui Xu
A modified stochastic fractal search algorithm for parameter estimation of solar cells and PV modules
用于太阳能电池和光伏组件参数估计的改进随机分形搜索算法
  • DOI:
    10.1016/j.egyr.2022.01.008
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Energy Reports
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Shuihui Xu;Huadong Qiu
  • 通讯作者:
    Huadong Qiu

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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