Understanding rare safety and reliability events using forward-flux sampling
Understanding rare safety and reliability events using forward-flux sampling
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使用前向通量采样了解罕见的安全性和可靠性事件
DOI：
10.1016/j.compchemeng.2021.107387
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发表时间：
2021
影响因子：
4.3
通讯作者：
Arbogast, Jeffery E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sudarshan, Vikram;Seider, Warren D.;Patel, Amish J.;Arbogast, Jeffery E.
本文提出了改进的方法，探索过程轨迹导致罕见的安全性和可靠性事件。它适用于前向通量采样（FFS）的方法，从家庭的采样算法开发，以发现罕见的分子动力学途径。对于一个相对简单的，动态放热CSTR模型与噪声进料浓度，它显示了如何应用FFS算法来模拟和分析罕见的高和低转化率稳态之间的轨迹。首先，它与效率较低的蛮力（BF）方法，然后与过渡路径采样（TPS）方法的结果进行比较。改变关键过程参数的影响;即，停留时间，τ，噪声方差，σ η 2，和控制器增益，KC，影响事件的稀有性，进行了研究。高转换稳态和低转换稳态之间的稀有路径转变速率（向前和向后）显示出与σ η 2无关的平衡比，向前速率随τ和KC减小，向后速率随KC增大，而两者均随σ η 2增大.这些未预料到的关系应该导致改进的警报通知正在开发这项研究工作。
This paper presents improvements upon methods that explore process trajectories leading to rare safety and reliability events. It applies the forward-flux sampling (FFS) method from the family of sampling algorithms developed to discover rare molecular dynamics pathways. For a relatively simple, dynamic exothermic CSTR model with noisy feed concentration, it shows how to apply the FFS algorithm to simulate and analyze rare trajectories between high-and low-conversion steady states. First, it compares results with a less efficient brute-force (BF) method, and then with a transition-path sampling (TPS) method. The effects of varying key process parameters; ie, the residence time, τ, noise variance, σ η 2, and the controller gain, K C, which impact the rareness of an event, are investigated. Rates of rare-path transition between high-and low-conversion steady states, forward and backward, are shown to exhibit equilibrium ratios independent of σ η 2, with the forward rates decreasing with τ and K C, and the backward rates increasing with K C, whereas both increase with σ η 2. These unanticipated relationships should lead to improved alarm notifications being developed in this research work.
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DOI：
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