关键词:
计算流体力学
深度学习
物理信息神经网络
湍流燃烧
流场重构
摘要:
尽管数值模拟方法在求解流体动力学的湍流过程中发展迅速,但处理复杂的几何形状和流动过程时,在准确建模和计算速度等问题上仍面临挑战性。针对当前在计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)上存在的计算代价大等问题,本文在传统的湍流数值模拟技术的基础上,结合机器学习,以经典的Sandia Flame D燃烧模型为例,通过引入物理信息的深度学习算法,建立物理信息神经网络架构(Physical-Information Neural Network,PINN),将符合规律的物理信息内嵌到神经网络,使得用小样本就能实现参数的流场重构。在平面维度上,分别对PINN和数据驱动方法重构的结果,与CFD软件仿真结果进行对比分析,其中PINN方法在训练集大小不及样本点总数一半的情况下,即可得到数据驱动方法在大样本情况下的重构结果,重构出燃烧过程在t=1 s时刻的轴向、径向速度以及温度的L2相对误差分别为0.187%、1.194%,0.071%,且在训练集占样本点总数的55%、70%、82%的情况下,PINN方法均比数据驱动方法误差小。在时间维度上,成功重构t=0.3、0.5、1 s时刻的轴向速度云图,证明PINN方法能够重构出几何模型采样时间范围内任意时刻的物理场分布云图。