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Multi-level Reinforcement Learning for flow control

Multi-level Reinforcement Learning for flow control
流量控制的多级强化学习
批准号:
EP/V048899/1
负责人:
Ahmed Elsheikh
金额:
$25.79万
依托单位:
依托单位国家:
英国
项目类别:
Research Grant
财政年份:
2021
资助国家:
英国
项目状态:
已结题
起止时间:
2021 至 --

项目摘要

项目成果

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中文摘要
翻译
流动控制是有针对性地操纵流体流场以实现规定目标(例如减少阻力)的过程。流量控制利用来自流量的信息(由传感器提供)来适应传入的扰动,并根据不断变化的流量条件进行调整。通用流量控制是一个在很大程度上尚未解决的数学问题,出现在许多行业,包括汽车、航空航天和环境地下流问题。将流量控制转变为实用工具所缺少的要素是通用流量控制算法的发展,该算法可以处理以下问题:(a)系统扰动中的不确定性(例如扰动的速度和方向),(b)流动模型参数中的不确定性,(c)观测值的稀疏性(即部分和噪声观测值)(d)由于离散化和参数上尺度而导致的建模误差。在本提案中,强化学习(RL)算法将利用可靠的模拟流环境来学习一般的流量控制策略。从应用的角度来看,开发的数学技术解决了两种应用中的流量控制问题:(a)通过不可压缩的纳维-斯托克斯流通过障碍物的流量控制来提高运输卡车的能源效率;(b)通过达西型地下流的流量控制来安全有效地储存深层地质构造中的人为二氧化碳(CO2)。在第一个应用中,公路货物运输约占英国碳足迹的5%,通过流量控制来减少气动阻力可以显著提高燃油效率,例如,减少15%的阻力相当于节省约5%的燃油。就二氧化碳储存应用而言,可将人类活动产生的二氧化碳,例如发电站或能源密集型工业产生的二氧化碳,注入深盐水含水层,作为减少人为向大气排放二氧化碳的一种可能的缓解战略。考虑到地下特性的固有不确定性,控制地下储存区的注入策略将最大限度地降低泄漏风险,同时最大化储存量。
英文摘要
Flow control is the process of targeted manipulation of fluid flow fields to accomplish a prescribed objective (e.g. reduce drag). Flow control uses information from the flow (provided by sensors) to adapt to incoming perturbations and adjust to changing flow conditions. General flow control is a largely unsolved mathematical problem appearing in many industries, including automotive, aerospace and environmental subsurface flow problems. The missing ingredient for turning flow control into a practical tool is the development of general flow control algorithms that can handle the following: (a) uncertainties in the system perturbations (e.g. the speed and direction of the perturbation), (b) uncertainties in the flow model parameters, (c) sparsity of the observations (i.e. partial and noisy observations) (d) modelling errors due to discretization and parameter upscaling.In this proposal, Reinforcement Learning (RL) algorithms will be utilized to learn general flow control polices using reliable simulated flow environments. From an application point of view, the developed mathematical techniques address flow control in two applications: (a) increasing energy efficiency in transportation trucks by flow control of incompressible Navier-Stokes flow past an obstacle and (b) safe and efficient storage of anthropogenic carbon dioxide (CO2) in deep geological formations using flow control in a Darcy-type subsurface flow. For the first application, road freight transportation accounts for approximately 5% of the UK's carbon footprint and flow control to reduce the aerodynamic drag could significantly improve the fuel efficiency, for example a 15% reduction in drag is equivalent to about 5% in fuel savings. For the CO2 storage application, the produced CO2 by human activities, for example from a power stations or an energy-intensive industries, could be injected into deep saline aquifers as a possible mitigation strategy to reduce anthropogenic emissions of carbon dioxide into the atmosphere. The control of injection strategies in the subsurface storage sites, given the inherent uncertainties in the subsurface properties, would minimize the risk of leakage while maximising the storage capacity.
期刊论文(6)
专著(0)
科研奖励(0)
会议论文
DOI: 10.1016/j.engappai.2022.105106
发表时间: 2022-07
期刊: ArXiv
影响因子: --
作者: [A. Dixit;A. Elsheikh]
通讯作者: A. Dixit;A. Elsheikh
Robust Well-Production Control Using Surrogate Assisted Reinforcement Learning
使用替代辅助强化学习的鲁棒油井生产控制
DOI: 10.3997/2214-4609.202244101
发表时间: 2022
期刊:
影响因子: --
作者: [Dixit A]
通讯作者: Dixit A
DOI: 10.1007/s11004-022-10033-x
发表时间: 2022-11-04
期刊: MATHEMATICAL GEOSCIENCES
影响因子: 2.6
作者: [Dixit, Atish, Elsheikh, Ahmed H.]
通讯作者: Elsheikh, Ahmed H.
Gym-preCICE: Reinforcement learning environments for active flow control
Gym-preCICE:用于主动流量控制的强化学习环境
DOI: 10.1016/j.softx.2023.101446
发表时间: 2023
期刊: SoftwareX
影响因子: 3.4
作者: [Shams M]
通讯作者: Shams M
Enabling CO2 capture and storage using AI
  • 批准号:
    EP/Y006143/1
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 资助金额:
    $228.16万
  • 财政年份:
    2023
  • 负责人:
    Ahmed Elsheikh
  • 依托单位:
Determination of Corneal Biomechanical Properties in vivo
  • 批准号:
    EP/H052046/1
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 资助金额:
    $50.64万
  • 财政年份:
    2011
  • 负责人:
    Ahmed Elsheikh
  • 依托单位:
国内基金
海外基金
外周犬尿氨酸通过脑膜免疫致海马BDNF水平降低介导术后认知功能障碍
  • 批准号:
    82371193
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    49.00万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    苏殿三
  • 依托单位:
海马神经元胆固醇代谢重编程致染色质组蛋白乙酰化水平降低介导老年小鼠术后认知功能障碍
  • 批准号:
    82371192
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    49.00万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    田婕
  • 依托单位:
粒子level set方法的改进与空间自适应波浪模型并行化研究
  • 批准号:
    52171245
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    黄筱云
  • 依托单位:
多层次纳米叠层块体复合材料的仿生设计、制备及宽温域增韧研究
  • 批准号:
    51973054
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    王建锋
  • 依托单位: