Multi-objective optimization of hydrocyclone by combining mechanistic and data-driven models

水力旋流器 分类 响应面法 人工神经网络 多目标优化 数学优化 计算机科学 遗传算法 实验数据 算法 数学 人工智能 机器学习 物理 统计 经典力学
作者
Qing Ye,Peibo Duan,Shibo Kuang,Li Ji,Ruiping Zou,Aibing Yu
出处
期刊:Powder Technology [Elsevier]
卷期号:407: 117674-117674 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.powtec.2022.117674
摘要

This paper presents a cost-effective method to optimize hydrocyclones used for particle separation. It integrates a mechanistic model for data generation with data-driven models for prediction and optimization. The mechanistic model is based on a validated two-fluid model (TFM), and the data-driven models are the artificial neural network (ANN) and non-dominated sorting genetic algorithm II (NSGA-II). In this integration, the response surface methodology (RSM), coupled with the steepest ascent, is used to design the numerical experiments based on the TFM, aiming to achieve reliable prediction through limited numerical experiments or training data. The applicability of the proposed method is demonstrated by multi-variable and multi-objective optimization of hydrocyclone geometry to achieve low pressure drop and accurate separation, especially for fine particles. The optimization result is elucidated using the multiphase flows predicted by the TFM. • Mechanistic and data-driven models are integrated to optimize hydrocyclones. • Response surface methodology and steepest ascent are used to effect the integration. • The integrated method gives reliable optimization with limited numerical experiments. • Fine particle separation improves a lot by geometry optimization via this method. • The optimization results are elucidated using the predicted multiphase flows.
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