A novel PINNs based surrogate model for multi-objective reliability-based design optimization of airfoil-shaped printed circuit heat exchangers

翼型 可靠性(半导体) 热交换器 替代模型 计算机科学 优化设计 材料科学 机械工程 可靠性工程 机械 热力学 物理 机器学习 工程类 功率(物理)
作者
Yang Li,Detao Wan,Rongdong Wang,Bingyu Ni,Zhonghua Wang,Dean Hu
出处
期刊:International Communications in Heat and Mass Transfer [Elsevier BV]
卷期号:164: 108954-108954 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.icheatmasstransfer.2025.108954
摘要

Printed circuit heat exchangers (PCHE) are leading solutions for intermediate heat exchangers in sodium-cooled fast reactors. Since higher heat transfer and lower flow consumption are both required, the design of PCHE is a complicated multi-objective optimization problem. Traditional optimization methods always give the objective parameters, which cannot provide accurate physical field distributions. This study proposes a novel physics-informed neural-networks (PINNs) based surrogate model combined with NSGA-II approach to address the multi-objective design optimization for airfoil-shaped fins of PCHE and further provide accurate physical field distributions. The PINNs-based surrogate model of flow distributions with Navier-stokes and energy terms is first established and thermal-hydraulic parameters including heat transfer coefficient , friction factor , max velocity, and pressure drop can obtain from physical field distributions. The surrogate model achieves normalized absolute error less than 10.103 % in physical field distributions and relative error less than 2.799 % in thermal-hydraulic parameters. Additionally, the first-order second-moment reliability analysis approach combined with NSGA-II is developed to prevent the impact of excessive flow velocity and pressure drop on airfoil fins, which effectively generates a set of Pareto frontier solutions. This work highlights the application of PINNs as surrogate model of multi-objection optimization in airfoil fins geometry structure parameters selections for PCHE.
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