本發(fā)明屬于鋁電解，尤其涉及一種基于模型降階的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法、設(shè)備、存儲(chǔ)介質(zhì)及產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、鋁電解槽是工業(yè)生產(chǎn)電解鋁的核心設(shè)備。在保證穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下，提高電解槽電流效率以降低能耗一直是電解鋁行業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。電解槽的電流效率與電壓、溫度等因素密切相關(guān)，準(zhǔn)確、及時(shí)地獲取鋁電解槽的電熱場(chǎng)對(duì)電解槽的節(jié)能降耗及穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

2、目前，針對(duì)鋁電解槽電熱場(chǎng)的獲取方法具有一定的局限性，主要通過(guò)設(shè)置在電解槽上的分布式傳感器及人工測(cè)量獲取，可獲信息十分有限。為獲取全面的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布情況，基于有限元仿真的方法，可對(duì)電解槽的電熱場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。然而，由于鋁電解槽模型復(fù)雜、網(wǎng)格數(shù)量多，進(jìn)行數(shù)值模擬需要消耗大量的計(jì)算資源，且計(jì)算耗時(shí)長(zhǎng)，難以應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的控制過(guò)程中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法、設(shè)備、存儲(chǔ)介質(zhì)及產(chǎn)品，以解決利用有限元仿真方法進(jìn)行鋁電解槽電熱場(chǎng)數(shù)值模擬計(jì)算需要消耗計(jì)算資源大、計(jì)算耗時(shí)長(zhǎng)、難以應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的問(wèn)題。

2、本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的：一種鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法，包括：

3、構(gòu)建鋁電解槽數(shù)值計(jì)算模型；

4、根據(jù)所述鋁電解槽數(shù)值計(jì)算模型求解不同工況下的電熱場(chǎng)，得到不同工況下的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布；

5、根據(jù)不同工況下的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布構(gòu)建數(shù)據(jù)快照矩陣；

6、對(duì)所述數(shù)據(jù)快照矩陣進(jìn)行模態(tài)分解和截取，得到每個(gè)工況下的主要特征模態(tài)及其模態(tài)系數(shù)；

7、根據(jù)不同工況下的主要特征模態(tài)的模態(tài)系數(shù)構(gòu)建模態(tài)系數(shù)預(yù)測(cè)模型；

8、根據(jù)所述模態(tài)系數(shù)預(yù)測(cè)模型以及每個(gè)工況下的主要特征模態(tài)進(jìn)行鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)。

9、進(jìn)一步地，所述鋁電解槽數(shù)值計(jì)算模型的具體構(gòu)建過(guò)程包括：

10、根據(jù)鋁電解槽幾何尺寸，構(gòu)建鋁電解槽三維模型；

11、對(duì)所述鋁電解槽三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到鋁電解槽有限元模型；

12、基于所述鋁電解槽有限元模型，設(shè)置材料屬性和求解參數(shù)，得到所述鋁電解槽數(shù)值計(jì)算模型。

13、進(jìn)一步地，每個(gè)所述工況均包括電流強(qiáng)度、電解質(zhì)水平、鋁水平、極距和環(huán)境溫度；其中，所述電解質(zhì)水平是指鋁電解槽中電解質(zhì)的水平高度，所述鋁水平是指鋁電解槽中鋁液的水平高度。

14、進(jìn)一步地，采用本征正交分解法對(duì)所述數(shù)據(jù)快照矩陣進(jìn)行模態(tài)分解和截取，具體包括：

15、對(duì)所述數(shù)據(jù)快照矩陣進(jìn)行奇異值分解，得到每個(gè)工況下的空間特征模態(tài)及其模態(tài)系數(shù)；

16、對(duì)每個(gè)工況下的空間特征模態(tài)及其模態(tài)系數(shù)進(jìn)行截取，得到對(duì)應(yīng)工況下的主要特征模態(tài)及其模態(tài)系數(shù)；

17、根據(jù)每個(gè)工況下的空間特征模態(tài)及其模態(tài)系數(shù)與對(duì)應(yīng)工況下的主要特征模態(tài)及其模態(tài)系數(shù)，計(jì)算截取誤差；

18、判斷截取誤差是否滿足設(shè)定的誤差精度，若是，則輸出每個(gè)工況下的主要特征模態(tài)及其模態(tài)系數(shù)；若否，則重復(fù)截取、截取誤差計(jì)算以及判斷步驟，直到截取誤差滿足設(shè)定的誤差精度。

19、進(jìn)一步地，對(duì)每個(gè)工況下的空間特征模態(tài)及其模態(tài)系數(shù)進(jìn)行截取的規(guī)則為：

20、r＝arg?minr∈(0,m]{i(r),i(r)≥99％}；

21、

22、其中，r表示截取的空間特征模態(tài)數(shù)或主要特征模態(tài)數(shù)；m表示鋁電解槽數(shù)值計(jì)算模型的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)；i表示中間量；λk表示矩陣b的特征值，xi表示數(shù)據(jù)快照矩陣中的第i個(gè)列向量，每個(gè)列向量由對(duì)應(yīng)工況下所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的求解結(jié)果組成，上標(biāo)t表示轉(zhuǎn)置。

23、進(jìn)一步地，對(duì)于每個(gè)工況，所述截取誤差的具體計(jì)算公式為：

24、

25、其中，error表示截取誤差；r表示截取的空間特征模態(tài)數(shù)或主要特征模態(tài)數(shù)；m表示鋁電解槽數(shù)值計(jì)算模型的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)；表示第k階空間特征模態(tài)；λk表示矩陣b的特征值，xi表示數(shù)據(jù)快照矩陣中的第i個(gè)列向量，每個(gè)列向量由對(duì)應(yīng)工況下所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的求解結(jié)果組成，上標(biāo)t表示轉(zhuǎn)置，s.t.表示限制條件。

26、進(jìn)一步地，根據(jù)所述模態(tài)系數(shù)預(yù)測(cè)模型以及每個(gè)工況下的主要特征模態(tài)進(jìn)行鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)，包括：

27、獲取實(shí)際工況，利用所述模態(tài)系數(shù)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)實(shí)際工況下的主要特征模態(tài)的模態(tài)系數(shù)；

28、根據(jù)實(shí)際工況下的主要特征模態(tài)的模態(tài)系數(shù)以及不同工況下的主要特征模態(tài)計(jì)算實(shí)際工況下的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布。

29、基于同一構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上的計(jì)算機(jī)程序/指令，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序/指令以實(shí)現(xiàn)如上所述的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法。

30、基于同一構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序/指令，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法。

31、基于同一構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法。

32、有益效果

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

34、本發(fā)明基于鋁電解槽電熱場(chǎng)數(shù)值仿真結(jié)果構(gòu)建數(shù)據(jù)快照矩陣，引入模態(tài)分解技術(shù)提取數(shù)據(jù)快照矩陣的主要空間特征模態(tài)及對(duì)應(yīng)的模態(tài)系數(shù)，并建立模態(tài)系數(shù)預(yù)測(cè)模型，最終實(shí)現(xiàn)鋁電解槽電熱場(chǎng)分布的預(yù)測(cè)。本發(fā)明在保證精度足夠高的前提下，顯著提升了計(jì)算效率，大大降低了計(jì)算資源的消耗，實(shí)現(xiàn)了鋁電解槽電熱場(chǎng)分布的快速預(yù)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)鋁電解槽電熱場(chǎng)分布的在線預(yù)測(cè)，有利于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，為進(jìn)一步構(gòu)建鋁電解槽數(shù)字孿生模型提供基礎(chǔ)支撐。

技術(shù)特征：

1.一種鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述預(yù)測(cè)方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述鋁電解槽數(shù)值計(jì)算模型的具體構(gòu)建過(guò)程包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法，其特征在于，每個(gè)所述工況均包括電流強(qiáng)度、電解質(zhì)水平、鋁水平、極距和環(huán)境溫度；其中，所述電解質(zhì)水平是指鋁電解槽中電解質(zhì)的水平高度，所述鋁水平是指鋁電解槽中鋁液的水平高度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法，其特征在于，采用本征正交分解法對(duì)所述數(shù)據(jù)快照矩陣進(jìn)行模態(tài)分解和截取，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法，其特征在于，對(duì)每個(gè)工況下的空間特征模態(tài)及其模態(tài)系數(shù)進(jìn)行截取的規(guī)則為：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法，其特征在于，對(duì)于每個(gè)工況，所述截取誤差的具體計(jì)算公式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法，其特征在于，根據(jù)所述模態(tài)系數(shù)預(yù)測(cè)模型以及每個(gè)工況下的主要特征模態(tài)進(jìn)行鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)，包括：

8.一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上的計(jì)算機(jī)程序/指令，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序/指令以實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法。

9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序/指令，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法。

10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)方法、設(shè)備、存儲(chǔ)介質(zhì)及產(chǎn)品，所述預(yù)測(cè)方法包括構(gòu)建鋁電解槽數(shù)值計(jì)算模型；根據(jù)所述鋁電解槽數(shù)值計(jì)算模型求解不同工況下的電熱場(chǎng)，得到不同工況下的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布；根據(jù)不同工況下的鋁電解槽電熱場(chǎng)分布構(gòu)建數(shù)據(jù)快照矩陣；對(duì)所述數(shù)據(jù)快照矩陣進(jìn)行模態(tài)分解和截取，得到每個(gè)工況下的主要特征模態(tài)及其模態(tài)系數(shù)；根據(jù)不同工況下的主要特征模態(tài)的模態(tài)系數(shù)構(gòu)建模態(tài)系數(shù)預(yù)測(cè)模型；根據(jù)所述模態(tài)系數(shù)預(yù)測(cè)模型以及每個(gè)工況下的主要特征模態(tài)進(jìn)行鋁電解槽電熱場(chǎng)分布預(yù)測(cè)。本發(fā)明在保證精度足夠高的前提下，顯著提升了計(jì)算效率，大大降低了計(jì)算資源的消耗，實(shí)現(xiàn)了鋁電解槽電熱場(chǎng)分布的快速預(yù)測(cè)。

技術(shù)研發(fā)人員：張紅亮,施輝洪,李劼,陳燦,曾子望,王金晶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6