HL-3装置环向场运行过程多物理场数字孪生技术研究

需求的背景和应用场景

HL-3装置作为先进的核聚变研究设施，其环向场系统的稳定运行对于整个装置的安全与效率至关重要。然而，当前监测手段面临测点不足、监测存在盲区的问题，这极大地限制了对环向场系统热负荷状态的全面、实时掌握。为了克服这一难题，提出了开展基于高精度多物理场有限元仿真和AI代理模型的数字孪生技术研究需求。该技术旨在通过数字化手段，为HL-3装置的环向场系统提供一种全新的、间接但高效的监测方法，进而支撑装置的数字化监测和智能化运维，提升整体运行效率和安全性，为核聚变研究提供更加可靠的技术保障。

要解决的关键技术问题

1. 环向场热负荷仿真模型研究：

• 基于HL-3装置的设计参数，需构建精确描述环向场线圈系统热负荷过程的有限元仿真模型。这要求模型能够全面考虑电磁、热传导、对流等多种物理场耦合效应，确保仿真的准确性。
• 结合实际测量数据，对仿真模型进行精度校正，确保模型输出的物理状态与实际情况高度一致，实现物理状态的完整映射。

2. AI代理模型研究：

• 利用深度学习技术，构建AI数字仿真模型，作为有限元仿真的加速工具。AI代理模型需具备快速学习能力，能够高效拟合有限元计算过程，显著缩短物理场计算时间至秒级。
• 确保AI代理模型在保持高精度的同时，具备良好的泛化能力，以适应不同工况下的快速仿真需求。

3. 网页端数字孪生技术研究：

• 基于B/S（浏览器/服务器）架构，开发网页端环向场线圈系统热负荷过程的秒级实时渲染数字孪生模型。这要求模型能够在网页端实现快速加载和实时更新，确保用户能够即时查看TF线圈热负荷温度场的全息实时监测结果。
• 优化渲染算法和数据传输机制，确保数字孪生模型的流畅性和稳定性，为用户提供直观、易用的监测界面。

效果要求

通过实施本技术需求，预期将实现以下效果：

• 提升监测能力：通过数字孪生技术，实现对HL-3装置环向场系统热负荷状态的全面、实时监测，有效弥补现有监测手段的不足。
• 提高运算效率：AI代理模型的引入，将有限元计算时间缩短至秒级，极大地提高了仿真效率，为实时监测和决策提供了有力支持。
• 增强智能化水平：基于B/S架构的网页端数字孪生模型，使得监测过程更加便捷、直观，为HL-3装置的数字化监测和智能化运维奠定了坚实基础。
• 创新技术应用：本技术需求的研究与实施，将推动数字孪生技术在核聚变研究领域的深入应用，为相关行业的智能化升级提供新的思路和方法。