Un paradigma de análisis híbrido que combina modelado basado en física y modelado impulsado por datos para acelerar los solucionadores de flujo incomprensible
Autores: Rahman, Sk. Mashfiqur; Rasheed, Adil; San, Omer
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Un paradigma de análisis híbrido que combina modelado basado en física y modelado impulsado por datos para acelerar los solucionadores de flujo incomprensible
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Solución numérica
Ecuaciones de Navier-Stokes incompresibles
Desafío computacional
Restricción del campo de velocidad solenoidal
Ecuación de Poisson
Enfoque basado en datos
Técnica de simulación basada en la física
Licencia
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La solución numérica de las ecuaciones de Navier-Stokes incompresibles plantea un desafío computacional significativo debido a la restricción del campo de velocidad solenoidal. En la mayoría de los marcos de modelado computacional, esta restricción libre de divergencia requiere la solución de una ecuación de Poisson en cada paso del algoritmo de integración temporal subyacente, lo que constituye el componente principal del gasto computacional. En este estudio, proponemos un procedimiento analítico híbrido que combina un enfoque basado en datos con una técnica de simulación basada en la física para acelerar el cálculo de flujos incompresibles. En nuestro enfoque, se generan funciones de base ortogonales adecuadas para ser utilizadas en la resolución de la ecuación de Poisson en un espacio de orden reducido. Dado que la integración temporal de la parte de la ecuación de advección-difusión del modelo basado en la física es computacionalmente económica en un solucionador de flujo incompresible típico, se mantiene en el espacio de orden completo para representar la dinámica de manera más precisa. Se proporcionan condiciones de interfaz de codificador y decodificador al incorporar la restricción elíptica junto con el intercambio de datos entre los espacios de orden completo y de orden reducido. Investigamos la viabilidad del método propuesto resolviendo el problema de decaimiento del vórtice de Taylor-Green, y se encuentra que se puede lograr una aceleración notable mientras se mantiene una precisión similar con respecto al modelo de orden completo.
Descripción
La solución numérica de las ecuaciones de Navier-Stokes incompresibles plantea un desafío computacional significativo debido a la restricción del campo de velocidad solenoidal. En la mayoría de los marcos de modelado computacional, esta restricción libre de divergencia requiere la solución de una ecuación de Poisson en cada paso del algoritmo de integración temporal subyacente, lo que constituye el componente principal del gasto computacional. En este estudio, proponemos un procedimiento analítico híbrido que combina un enfoque basado en datos con una técnica de simulación basada en la física para acelerar el cálculo de flujos incompresibles. En nuestro enfoque, se generan funciones de base ortogonales adecuadas para ser utilizadas en la resolución de la ecuación de Poisson en un espacio de orden reducido. Dado que la integración temporal de la parte de la ecuación de advección-difusión del modelo basado en la física es computacionalmente económica en un solucionador de flujo incompresible típico, se mantiene en el espacio de orden completo para representar la dinámica de manera más precisa. Se proporcionan condiciones de interfaz de codificador y decodificador al incorporar la restricción elíptica junto con el intercambio de datos entre los espacios de orden completo y de orden reducido. Investigamos la viabilidad del método propuesto resolviendo el problema de decaimiento del vórtice de Taylor-Green, y se encuentra que se puede lograr una aceleración notable mientras se mantiene una precisión similar con respecto al modelo de orden completo.