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机载中空纤维膜分离特性的预测分析

柴婷 付子祺 刘冠男 白文涛 胡万俊 冯诗愚

柴婷,付子祺,刘冠男,等. 机载中空纤维膜分离特性的预测分析[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(5):1739-1745
引用本文: 柴婷,付子祺,刘冠男,等. 机载中空纤维膜分离特性的预测分析[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(5):1739-1745
CHAI T,FU Z Q,LIU G N,et al. Prediction and analysis of separation performance of on-board hollow fiber membrane[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(5):1739-1745 (in Chinese)
Citation: CHAI T,FU Z Q,LIU G N,et al. Prediction and analysis of separation performance of on-board hollow fiber membrane[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(5):1739-1745 (in Chinese)

机载中空纤维膜分离特性的预测分析

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2024.0164
基金项目: 

国家自然科学基金(52372331);中央高校基本科研业务费专项资金; 江苏高校优势学科建设工程;南京航空航天大学研究生科研与实践创新计划项目(xcxjh20230103)

详细信息
    通讯作者:

    E-mail:shiyuf@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: V228;TQ021.4

Prediction and analysis of separation performance of on-board hollow fiber membrane

Funds: 

National Natural Science Foundation of China (52372331); the Fundamental Research Funds for the Central Universities; Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions; Postgraduate Research & Practice Innovation Program of NUAA (xcxjh20230103)

More Information
  • 摘要:

    机载中空纤维膜分离性能实验周期长,操作工况复杂,有必要研究使用较少的数据进行膜性能的精准预测。因此,建立了一种基于人工神经网络的中空纤维膜分离性能预测模型,搭建误差反向传播(BP)神经网络、Elman神经网络和遗传算法优化的BP(GA-BP)神经网络,针对机载中空纤维膜分离性能随引气压力、飞行高度和引气流量的变化规律数据,对比预测不同算法下中空纤维膜的性能预测情况。研究结果表明:搭建的3种神经网络算法均能精准预测中空纤维膜的分离特性,其平均百分比误差(MAPE)均小于1%;分别选取全体数据集的5%、10%和20%,GA-BP神经网络的预测结果最佳,其预测准确率比其他2种神经网络平均高1.43%。基于研究结果,在实际工作中,可以选择合适的算法进行膜实验数据的处理与性能的高效分析。

     

  • 图 1  BP神经网络模型预测结果与测试集结果比较

    Figure 1.  Comparison of BP neural network between model prediction results and test set results

    图 2  Elman神经网络模型预测结果与测试集结果比较

    Figure 2.  Comparison of Elman neural network between model prediction results and test set results

    图 3  2种神经网络预测值与实际值误差对比

    Figure 3.  Comparison of error between two neural network predictions and actual values

    图 4  5%数据集预测误差对比

    Figure 4.  Comparison of prediction errors on a 5% dataset

    图 5  10%数据集预测误差对比

    Figure 5.  Comparison of prediction errors on a 10% dataset

    图 6  20%数据集预测误差对比

    Figure 6.  Comparison of prediction errors on a 20% dataset

    表  1  隐含层节点数确定结果

    Table  1.   Result of determining the number of hidden layer nodes

    隐含层节点数 MSE
    3 $ 2.390\;2\times {10}^{-3} $
    4 $ 4.271\;6\times {10}^{-2} $
    5 $ 2.924\;6\times {10}^{-4} $
    6 $ 7.785\;1\times {10}^{-4} $
    7 $ 2.052\;9\times {10}^{-2} $
    8 $ 9.288\;6\times {10}^{-5} $
    9 $ 1.471\;4\times {10}^{-2} $
    10 $ 8.544\;9\times {10}^{-5} $
    11 $ 1.022\;9\times {10}^{-3} $
    12 $ 1.450\;9\times {10}^{-4} $
    下载: 导出CSV

    表  2  遗传算法参数设置

    Table  2.   Genetic algorithm parameter settings

    种群规模 最大迭代次数 交叉概率 变异概率 各基因取值范围
    30 30 0.8 0.2 (−3,3)
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-03-25
  • 录用日期:  2024-05-03
  • 网络出版日期:  2024-07-25
  • 整期出版日期:  2026-05-26

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