×

从快照到歧管——剪切流的故事。 (英语) Zbl 1528.76058号

小结:我们提出了一种新的基于快照数据的非线性流形学习方法,并证明了其在以剪切流为主导的剪切流中的优越性。关键的使能技术是等轴测特征映射,Isomap作为编码器,最近邻(KNN)算法作为解码器。所提出的技术被应用于数值和实验数据集,包括流体弹球、旋转射流和两个串联圆柱体后面的尾流。通过对流体弹球的分析,流形仅能用三个特征坐标来描述叉分岔和混沌状态。这些坐标与涡减阶段和力系数相关联。旋转射流的流形坐标与POD模式振幅相当,但允许进行更清晰、噪音敏感性更低的流形识别。对两个串联圆柱的尾迹进行了类似的观察。串联圆柱体对齐并位于流向距离处,该距离对应于单个钝体和旋涡脱落重附状态之间的过渡。Isomap揭示了这两种脱落状态,而前两个POD模振幅的Lissajous图具有一个圆。流形模型的重建误差与波动水平相比较小,表明低嵌入维数包含相干结构动力学。所提出的Isomap-\(K\)NN流形学习器预计在具有主要相干结构的大范围配置的估计、动态建模和控制中具有重要意义。

MSC公司:

76平方米 谱方法在流体力学问题中的应用
76F10层 剪切流和湍流
65M70型 偏微分方程初值和初边值问题的谱、配置及相关方法
76层20 湍流的动力系统方法

软件:

RDR工具箱
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Alam,M.M.、Elhimer,M.、Wang,L.、Lo Jacono,D.和Wong,C.W.2018串联气缸的涡旋脱落。实验流体59(3),60。
[2] Andronov,A.,Leontovich,E.,Gordon,I.&Maier,A.1971平面上动力系统分岔理论。以色列科学翻译项目。
[3] Aubry,N.,Holmes,P.,Lumley,J.L.&Stone,E.1988湍流边界层壁区相干结构的动力学。《流体力学杂志》192、115-173·Zbl 0643.76066号
[4] Bansal,G.、Mascarenhas,A.A.和Chen,J.H.2011使用基于等值线图的技术识别湍流燃烧中的固有低维流形。技术代表编号:SAND2011-0709C桑迪亚国家实验室(SNL-CA),美国加利福尼亚州利弗莫尔。
[5] Bartenhagen,C.2021 RDR工具箱:使用Isomap和LLEn进行非线性降维的软件包。R软件包版本1.42.0。
[6] Benner,P.、Grivet Talocia,S.、Quarteroni,A.、Rozza,G.、Schilders,W.和Silveira,L.M.2021模型降阶:第1卷:系统和数据驱动的方法和算法。德格鲁伊特·Zbl 1473.93004号
[7] Benner,P.,Schilders,W.,Grivet-Talocia,S.,Quarteroni,A.,Rozza,G.&Silveira,L.M.2020a模型降阶:第2卷:基于快照的方法和算法。德格鲁伊特·Zbl 1455.93001号
[8] Benner,P.,Schilders,W.,Grivet-Talocia,S.,Quarteroni,A.,Rozza,G.&Silveira,L.M.2020b模型订单减少:第3卷:应用。德格鲁伊特。
[9] Berkooz,G.,Holmes,P.和Lumley,J.L.1993湍流分析中的适当正交分解。每年。《流体力学评论》25(1),539-575。
[10] Bourgeois,J.A.、Martinuzzi,R.J.和Noack,B.R.2013广义相位平均值,应用于壁挂式方柱尾迹的基于传感器的流量估计。《流体力学杂志》736、316-350·Zbl 1294.76003号
[11] Brezis,H.2011泛函分析,Sobolev空间和偏微分方程。斯普林格·Zbl 1220.46002号
[12] Brunton,S.L.,Budisic,M.,Kaiser,E.&Kutz,J.N.2022动力系统的现代Koopman理论。SIAM版本64(2),229-340·Zbl 1497.37105号
[13] Brunton,S.L&Noack,B.R.2015闭环湍流控制:进展与挑战。申请。机械。版次67(5),050801。
[14] Callaham,J.L.,Brunton,S.L.&Loiseau,J.-C.2022关于降阶建模中非线性相关性的作用。《流体力学杂志》938,A1·Zbl 07488219号
[15] Coifman,R.R.&Lafon,S.2006扩散图。申请。计算。哈蒙。分析21(1),5-30·Zbl 1095.68094号
[16] Cornejo Maceda,G.Y.,Li,Y.,Lusseyran,F.,Morzyñski,M.K&Noack,B.R.2021利用梯度强化机器学习控制稳定射流弹球。《流体力学杂志》917,A42·Zbl 1494.76052号
[17] Deng,N.,Noack,B.R.,Morzyñski,M.&Pastur,L.R.2022基于聚类的流体弹球层次网络模型——绘制瞬态和瞬态后、多频率、多吸引行为。《流体力学杂志》934,A24·Zbl 07460274号
[18] Deng,N.,Noack,B.R.,Morzyñski,M.&Pastur,L.R.2020流体弹球连续分叉的低阶模型。《流体力学杂志》884,A37·Zbl 1460.76236号
[19] 弗洛伊德,R.W.1962算法97:最短路径。Commun公司。ACM5(6),第345页。
[20] Foroozan,F.、Guerrero,V.、Ianiro,A.和Discetti,S.2021过渡边界层的无监督建模。《流体力学杂志》929,A3·Zbl 1495.76055号
[21] 富兰克林,J.2005统计学习的要素:数据挖掘、推理和预测。数学。《情报》27(2),83-85。
[22] Franz,T.、Zimmermann,R.、Görtz,S.&Karcher,N.2014通过流形学习实现稳定跨音速流动的基于插值的降阶建模。国际J.Comut。Fluid Dyn.28106-121·Zbl 07512417号
[23] Giannakis,D.,Kolchinskaya,A.,Krasnov,D.和Schumacher,J.2018 Koopman对湍流对流单元中长期演化的分析。《流体力学杂志》847、735-767·Zbl 1404.76116号
[24] Gorban,A.N.和Karlin,I.V.2005《物理和化学动力学的不变流形》。斯普林格·Zbl 1086.82009年
[25] Kaiser,E.、Noack,B.R.、Cordier,L.、Spohn,A.、Segond,M.、Abel,M.,Daviller,G.、Østh,J.、Krajnović,S.&Niven,R.K.2014混合层的基于簇的降阶建模。《流体力学杂志》754、365-414·Zbl 1329.76177号
[26] Kaufman,L.和Rousseeuw,P.J.1990年《数据中的发现群体:聚类分析导论》。约翰·威利父子公司·Zbl 1345.62009号
[27] Kruskal,J.B.1964非度量多维标度:一种数值方法。《心理测量学》29(2),115-129·Zbl 0123.36804号
[28] Kuznetsov,Y.A.和Sacker,R.J.2008Neimark-Sacker分岔。学者媒体3(5),1845年。
[29] Lückoff,F.、Sieber,M.、Paschereit,C.O.和Oberleithner,K.2017控制旋流稳定燃烧室中旋进涡核的不同致动器设计的特征。事务处理。ASME J.工程燃气轮机功率140(4),041503。
[30] Lee,K.&Carlberg,K.T.2020使用深度卷积自编码器对非线性流形上动力系统的模型简化。J.计算。物理404108973·Zbl 1454.65184号
[31] Luchtenburg,D.M.,Günter,B.,Noack,B.R.,King,R.&Tadmor,G.2009高扬程结构周围自然流和驱动流的广义平均场模型。《流体力学杂志》623283-316·Zbl 1157.76344号
[32] Lückoff,F.,Kaiser,T.L.,Paschereit,C.O.&Oberleithner,K.2021解释进动涡核对火焰传递函数影响的平均场耦合机制。库布斯特。火焰2232254-266。
[33] Marusic,I.&Broomhall,S.2021莱昂纳多·达·芬奇和流体力学。每年。《流体力学评论》53(1),1-25·Zbl 1461.76003号
[34] Mendez,M.A.、Raiola,M.、Masullo,A.、Discetti,S.、Ianiro,A.、Theunissen,R.和Buchlin,J.M..2017粒子图像测速的基于吊舱的背景去除。实验热处理。《流体科学》80181-192。
[35] Mezic,I.2013通过Koopman算子的光谱特性分析流体流动。每年。修订版流体力学45(1),357-378·Zbl 1359.76271号
[36] Minh,H.Q.和Murino,V.2017计算机视觉和机器学习的协方差。合成。莱克特。计算。见7(4),1-170。
[37] Morton,J.、Jameson,A.、Kochenderfer,M.J.和Witherden,F.2018非定常流体流动的深层动力学建模和控制。高级神经信息处理。系统31。
[38] Müller,J.S.,Lückoff,F.,Paredes,P.,Theofilis,V.&Oberleithner,K.2020湍流进动涡核的可接受性:同步实验和全局伴随线性稳定性分析。《流体力学杂志》888,A3·兹比尔1460.76570
[39] Noack,B.R.,Afanasiev,K.,Morzyñski,M.,Tadmor,G.&Thiele,F.2003A瞬态和瞬态后圆柱尾迹低维模型层次。《流体力学杂志》497,335-363·Zbl 1067.76033号
[40] Noack,B.R.&Morzyñski,M.2017流体弹球–用于多输入多输出流量控制的工具包(版本1.0)。技术代表,2016年2月,波兰波兹南科技大学内燃机与运输研究所虚拟工程主席。
[41] Otto,S.E.&Rowley,C.W.2021动力学系统估计和控制的Koopman算子。每年。版本控制Rob。自动命名。系统4,59-87。
[42] Otto,S.E.&Rowley,C.W.2022非线性系统中最小传感器布置和特征选择线性方法的不足:使用割线的新方法。《非线性科学杂志》32(5),69·Zbl 07570751号
[43] 2020R:统计计算语言和环境。R统计计算基金会。
[44] Raibaudo,C.、Zhong,P.、Noack,B.R.和Martinuzzi,R.J.2020应用于流体弹球控制的机器学习策略。物理学。流体32(1),015108。
[45] Raiola,M.、Ianiro,A.和Discetti,S.,2016年墙附近串联气缸的尾迹。实验热处理。《流体科学》78,354-369。
[46] Roweis,S.T.&Saul,L.K.2000通过局部线性嵌入降低非线性维数。科学290(5500),2323-2326。
[47] Samko,O.,Marshall,A.D.&Rosin,P.L.2006为Isomap算法选择最佳参数值。模式识别。信件27(9),968-979。
[48] Scarano,F.2001 PIV中的迭代图像变形方法。测量。科学。Technol.13(1),R1。
[49] Soria,J.1996年使用基于视频的数字互相关粒子图像测速技术对圆柱近尾迹的研究。实验热处理。《流体科学》12(2),221-233。
[50] Strogatz,S.、Friedman,M.、Mallinckrodt,A.J.和Mckay,S.1994非线性动力学和混沌:在物理、生物、化学和工程中的应用。计算。物理学8(5),532-532。
[51] Syred,N.2006涡流燃烧系统中振荡机制和旋进涡核(PVC)作用的综述。掠夺。能源燃烧。科学32(2),93-161。
[52] Tauro,F.、Grimaldi,S.和Porfiri,M.2014通过非线性流形学习解开流型。公共科学图书馆One9(3),e91131。
[53] Tenenbaum,J.B.、De Silva,V.和Langford,J.C.2000A非线性降维的全球几何框架。科学290(5500),2319-2323。
[54] Torgerson,W.S.1952多维标度:I.理论和方法。《心理测量学》17(4),401-419·Zbl 0049.37603号
[55] Westerweel,J.&Scarano,F.2005 PIV数据的通用异常值检测。实验流体39(6),1096-1100。
[56] Zdravkovich,M.M.1997圆柱体周围流动:第1卷:基础。牛津大学出版社·Zbl 0882.76004号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。