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物理信息神经网络与单松弛时间格子玻尔兹曼方法相结合解决流体力学反问题
Mathematics ( IF 2.3 ) Pub Date : 2023-10-01 , DOI: 10.3390/math11194147
Zhixiang Liu 1 , Yuanji Chen 1 , Ge Song 1 , Wei Song 1 , Jingxiang Xu 2
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物理信息神经网络(PINN)通过将物理原理与神经网络算法相结合,提高数据利用效率,从而确保其预测与物理定律一致且稳定。PINN 开辟了解决流体力学逆问题的新方法。基于单弛豫时间格子玻尔兹曼方法(SRT-LBM)和 Bhatnagar-Gross-Krook(BGK)碰撞算子,本文提出了 PINN-SRT-LBM 模型来求解流体力学逆问题。PINN-SRT-LBM 模型由三个部分组成。第一个组件涉及一个深度神经网络,用于预测 SRT-LBM 内不同离散速度方向的平衡控制方程。第二个组件采用另一个深度神经网络来预测非平衡控制方程,能够推断流体的非平衡特性。第三个组件是物理信息函数,它将前两个网络的输出转换为物理信息。通过最小化物理偏微分方程 (PDE) 的残差,物理信息函数可以推断出相关的流动宏观量。该模型根据物理信息函数的构造演化出两个适用于不同维度的子模型,分别命名为PINN-SRT-LBM-I和PINN-SRT-LBM-II模型。这项工作的创新之处在于通过解释函数将SRT-LBM和离散速度模型作为物理驱动器引入到神经网络中。所以,PINN-SRT-LBM 允许给定的神经网络处理各种维度的逆问题并专注于特定问题的解决。我们的实验结果证实了该模型对计算域内不同雷诺数下的流量信息的准确预测。依靠PINN-SRT-LBM模型,可以有效地解决流体力学中的反问题。



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更新日期:2023-10-01
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