小样本下基于Transformer与树模型的临界热流密度预测及误差行为分析OA
Critical heat flux small sample prediction and error behavior analysis based on transformer and tree models
针对实际堆工况下临界热流密度实验数据分布不均、量纲不一致及小样本敏感等问题,本文构建了统一预处理、Transformer预测、树模型对照和误差机理分析的研究流程.基于整理后的临界热流密度综合数据库,以管内径、加热长度、系统压力、质量流速和出口干度为输入特征,完成压力量纲统一,并对干度越界样本进行标记.结果表明,当样本量N<150时,类别梯度提升算法、极端梯度提升算法和随机森林等树模型在均方根误差与平均绝对误差上更稳定;当N增至约200~300时,Transformer性能快速接近并部分超过树模型,显示出对高维非线性关系的拟合潜力.残差分析表明,压力和出口干度是误差主导因素,高压及近干涸工况仍是数据驱动临界热流密度预测的难点.研究结果在明确给出小样本性能曲线的基础上,为数据驱动建模走向工程应用提供了一条可选择的路径.
To address the uneven distribution,inconsistent physical dimensions,and small-sample sensitivity of critical heat flux(CHF)experimental data under actual reactor operating conditions,this study establishes a research workflow integrating unified preprocessing,Transformer-based prediction,tree-model benchmarking,and error mechanism analysis.Based on a curated comprehensive CHF database,tube inner diameter,heated length,system pressure,mass flux,and outlet quality are selected as input features.Pressure units are unified,and samples with out-of-range outlet quality are marked for tracking.The results show that when the sample size is N<150,tree-based models,including Categorical Boosting,eXtreme Gradient Boosting,and Random Forest,exhibit more stable perfor-mance in terms of root mean square error and mean absolute error.When N increases to approximately 200-300,the Transformer model rapidly approaches and partially surpasses the tree-based models,demonstrating its potential for capturing high-dimensional nonlinear relationships.Residual analysis indicates that pressure and outlet quality are the dominant factors affecting prediction errors,while high-pressure and near-dryout conditions remain challenging for data-driven CHF prediction.By explicitly characterizing the small-sample performance curves,this study provides an alternative pathway for advancing data-driven CHF modeling toward engineering applications.
王一家;马文慧;徐乐;章静;王明军;巫英伟;田文喜;苏光辉;秋穗正
西安交通大学 能源与动力工程学院,陕西 西安 710049西安交通大学 能源与动力工程学院,陕西 西安 710049中国核动力研究设计院,四川 成都 610213西安交通大学 能源与动力工程学院,陕西 西安 710049西安交通大学 能源与动力工程学院,陕西 西安 710049西安交通大学 能源与动力工程学院,陕西 西安 710049西安交通大学 能源与动力工程学院,陕西 西安 710049西安交通大学 能源与动力工程学院,陕西 西安 710049西安交通大学 能源与动力工程学院,陕西 西安 710049
能源科技
小样本学习临界热流密度Transformer树模型样本效率残差分析物理一致性
few-shot learningcritical heat fluxtransformertree modelssample efficiencyresidual analysisphysical consistency
《哈尔滨工程大学学报》 2026 (7)
1445-1456,12
国家自然科学基金面上项目(12175173).
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