Predicting the dynamic behavior of a magnetocaloric cooling prototype via artificial neural networks

人工神经网络 磁制冷 材料科学 人工智能 机械工程 计算机科学 控制工程 工程类 物理 磁化 量子力学 磁场
作者
Pedro Mário Cruz e Silva,Guilherme Fidelis Peixer,Anderson Lorenzoni,Yan Azeredo,Rodolfo C.C. Flesch,Jaime Lozano,Jader R. Barbosa
出处
期刊:Applied Thermal Engineering [Elsevier BV]
卷期号:248: 123060-123060
标识
DOI:10.1016/j.applthermaleng.2024.123060
摘要

Although magnetocaloric cooling is considered a promising long-term alternative to vapor compression, recent prototype developments have not yet made this technology commercially competitive, primarily due to its high energy consumption and lack of cost-effective, long-term mechanically-chemically stable materials. To address the first issue and understand how the efficiency of magnetocaloric systems can be improved, dynamic models can offer valuable insights into their transient operation. This work focuses on the development of an artificial neural network with experimental data to model the dynamic operation of a magnetic refrigeration system. Through a design of experiments approach, we propose excitation signals for the identification experiment, involving five manipulated variables and one selected disturbance as inputs, with the output temperature of the cold manifold and power consumption as the target parameters. We chose a nonlinear autoregressive artificial neural network with exogenous inputs to model the transient operation of the system. The temperature model achieved R2 values of 0.995 and 0.955 for the 1-step and 90-step ahead predictions, respectively. Similarly, the power consumption model achieved R2 values of 0.988 and 0.949 for the 1-step and 90-step ahead predictions, respectively. These performance metrics were evaluated on the test sets that were not used for training the models, highlighting the robustness and accuracy of the models in both short-term and long-term predictions.
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