密歇根大學的一項新研究表明，為了提高安全監(jiān)測水平，使用新建立的理論基礎來評估基函數(shù)，重建了核微反應堆內(nèi)部的實時 3D 溫度圖，這些基函數(shù)可以結(jié)合起來描述數(shù)據(jù)的基本趨勢。
該研究結(jié)果發(fā)表在《應用數(shù)學建?！飞?，適用于任何需要“大數(shù)據(jù)”分析的地方，因為重建方法適合 3D 中的高分辨率分布。
密歇根大學核與放射科學博士生、該研究的通訊作者 Dean Price 表示：“稀疏重建方法中的大多數(shù)工作都集中在與時間相關的數(shù)字信號上，但這項研究的重點是物理空間中存在的分布。”
雖然評估發(fā)現(xiàn)一般基函數(shù)對于現(xiàn)實世界的微反應器溫度監(jiān)測來說不夠準確，但該團隊找到了改進它們的方法。
核微反應堆(可用半掛車牽引的小型核反應堆)可以獨立運行，也可以作為電網(wǎng)的一部分運行。這些緊湊型反應堆可產(chǎn)生高達 20 兆瓦的熱能，可直接用作熱能或轉(zhuǎn)化為電能。
微反應堆較低的前期成本和較小的選址要求將為核電開辟新的市場，核電在向脫碳電網(wǎng)過渡過程中對可再生能源具有巨大的補充潛力。
密歇根大學核工程與放射科學副教授、這項研究的資深作者布倫丹·科丘納斯 (Brendan Kochunas) 表示：“實現(xiàn)這一目標的主要挑戰(zhàn)之一是確保我們能夠隨時了解反應堆內(nèi)部的情況。”
核微反應堆無需補給燃料即可運行數(shù)年，既可靠又靈活，可用于自然災害救援、軍事行動或偏遠地區(qū)。然而，在偏遠地區(qū)運行需要復雜的監(jiān)控系統(tǒng)來確保安全。
普萊斯說：“數(shù)字孿生，即通過傳感器數(shù)據(jù)重建的物理反應堆，是一項令人興奮的全新技術，它可以提高核微反應堆的安全性和經(jīng)濟可行性。”
通過對熱管核微反應堆內(nèi)的溫度分布進行高分辨率 3D 重建，監(jiān)測系統(tǒng)可以跟蹤性能和安全狀態(tài)指標(包括材料退化、多普勒反饋和熱管性能)，同時減少對人工操作的高成本勞動力的需求。
密歇根大學核工程與放射科學助理教授、這項研究的作者 Majdi Radaideh 表示：“在部署之前，我們必須確保使用數(shù)字孿生的監(jiān)控能夠提供準確的信息，以便在核心操作范圍內(nèi)安全運行。”
通常，重建方法使用放置在反應堆內(nèi)各個點的傳感器測量溫度，然后進行插值以估計未直接測量區(qū)域的溫度。
由于稀疏方法使用數(shù)據(jù)中最少數(shù)量的基本模式或模式來構(gòu)建溫度分布，因此定義這些模式的各種方法可能會顯著影響重建的質(zhì)量。本研究通過廣義基函數(shù)的演示為評估這些方法提供了指導。
該方法旨在降低計算復雜度和所需的傳感器數(shù)據(jù)量，同時保持準確性。該方法的計算機內(nèi)存感知特性在向計算能力有限的數(shù)字孿生系統(tǒng)提供詳細信息時特別有用。
研究人員使用廣義基函數(shù)通過多物理模擬(涉及核反應、熱力學和流體動力學等多種物理過程)評估了該方法。
雖然該方法成功捕捉到了廣泛的趨勢，但由于反應堆系統(tǒng)的基本特性(包括材料傳熱行為的空間變化)，廣義基函數(shù)最終還是失敗了。
展望未來，這些缺點可以通過使用定制的基函數(shù)來解決，即專門根據(jù)該微反應器的預先計算的溫度分布創(chuàng)建基函數(shù)。這將提高準確性并具有強大的數(shù)學完整性。
普萊斯說：“我們的方法特別適合遠程操作，因為它們考慮到了計算機內(nèi)存，這對于為計算能力有限的數(shù)字孿生監(jiān)控系統(tǒng)提供詳細信息很有用。”
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