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流体的数据驱动平滑粒子流体动力学方法。 (英语) Zbl 1521.76629号

摘要:新兴复杂流体的流变特性通常由多个变量控制,这对流体动力学建模中的传统参数化流变模型提出了挑战。在本文中,我们提出了一种新的数据驱动平滑粒子流体动力学(DDSPH)方法,该方法不应用经验流变模型,而是使用离散的实验数据集来封闭Navier-Stokes方程进行流体动力学建模。为此,引入了DDSPH求解器来搜索最佳数据点,以最小化基于距离的惩罚函数,同时满足从上一时间步长获得的速度约束。为了提高数据检索的计算效率,将大量实验流变学数据预先分割成若干标记子群,以便在较小的数据跨度内进行数据检索。通过添加一个变量(即数据概率)来限定数据点与聚类的相关性,从而实现了该方法对噪声数据的鲁棒性。通过牛顿流体和非牛顿流体的例子,研究了所提出的DDSPH方法的收敛性和鲁棒性。数值算例表明,所提出的DDSPH对牛顿流体和非牛顿流体都是有效的。拟议的DDSPH将为流体动力学建模开辟一条新的途径,尽管未来还需要进行一些进一步的研究。

理学硕士:

76米28 粒子法和晶格气体法
65亿75 涉及偏微分方程的初值和初边值问题的概率方法、粒子方法等
76A99 基础、本构方程、流变学、非流体现象的流体动力学模型
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参考文献:

[1] Ye,T。;潘,D.Y。;黄,C。;Liu,M.B.,《复杂流体流动的平滑粒子流体动力学(SPH):方法和应用的最新发展》,《物理流体》,31(2019)
[2] Oñate,E.,使用有限增量演算公式的不可压缩粘性流的稳定有限元方法,计算方法应用机械工程,182,355-370(2000)·Zbl 0977.76050号
[3] 刘,G.-R。;Gu,Y.T.,《无网格方法及其编程简介》(2005),施普林格科学与商业媒体
[4] 马庆伟。;周,Y。;Yan,S.,《用基于投影的无网格方法模拟强非线性水波求解泊松方程的方法综述》,《海洋工程与海洋能源杂志》,2279-299(2016)
[5] Xiao,Y.H。;Dong,H.H。;詹海峰。;Gu,Y.T.,SPH建模中任意2D几何体的新粒子生成方法,国际J计算方法,14(2017)·Zbl 1404.76216号
[6] 张,Z.L。;Long,T。;Chang,J.Z。;Liu,M.B.,用于模拟具有大流体变形的流体-结构相互作用问题的平滑粒子元方法(SPEM),计算方法-应用-机械工程,356261-293(2019)·Zbl 1441.76097号
[7] 刘,M.B。;Zhang,Z.L.,用于模拟流体-结构相互作用的光滑粒子流体动力学(SPH),科学中国物理。,机械。Astron,62岁(2019)
[8] 张,Z.L。;Walayat,K。;黄,C。;Chang,J.Z。;Liu,M.B.,《模拟热对流颗粒流的带粒子移动技术的有限粒子方法》,《国际热质转换杂志》,128,1245-1262(2019)
[9] 郑碧霞。;Chen,Z.,具有较低数值扩散的多相平滑粒子流体动力学模型,计算物理杂志,382177-201(2019)·Zbl 1451.76097号
[10] 林德·S·J。;罗杰斯,B.D。;Stansby,P.K.,《光滑粒子流体动力学综述:收敛拉格朗日流建模》,Proc R Soc A,476,文章20190801 pp.(2020)·Zbl 1472.76068号
[11] Rathnayaka,C.M。;卡鲁纳塞纳,H.C.P。;西塞纳黛拉。;Gu,Y.T.,应用耦合光滑粒子流体动力学(SPH)和粗颗粒(CG)数值模拟方法研究不同食品植物材料在干燥过程中单个细胞的三维(3-D)变形,《软物质》,2015年14月-2031日(2018年)
[12] Polwaththe-Galage,H.N。;萨哈,南卡罗来纳州。;Sauret,E。;花,R。;西塞纳黛拉。;Gu,Y.T.,SPH-DEM方法数值模拟非均匀毛细血管中三维RBC的变形,生物工程在线,15,161(2016)
[13] 维奥洛,D。;罗杰斯,B.D.,《自由表面流动的平滑粒子流体动力学(SPH):过去、现在和未来》,《水利研究杂志》,54,1-26(2016)
[14] Rathnayaka,C.M。;H.C.P.卡鲁塞纳。;华盛顿特区威杰拉恩。;西塞纳黛拉。;Gu,Y.T.,一种基于三维(3-D)网格的计算模型,用于研究干燥过程中植物细胞的应力-应变-时间关系,PLoS One,15,Article e0235712 pp.(2020)
[15] Rathnayaka,C.M。;H.C.P.卡鲁塞纳。;西塞纳黛拉。;Polwaththe-Galage,H.N。;Gu,Y.T.,用于模拟小细胞集料干燥机理的三维耦合光滑颗粒流体动力学和粗粒模型,应用数学模型,67,219-233(2019)·Zbl 1481.92040号
[16] Irgens,F.,《流变学和非牛顿流体》(2014),Springer·Zbl 1270.76001号
[17] Ojehumi,M.E。;Oyeyemi,K.G。;埃米特,M.E。;Okeniyi,J.O.,《使用不同模型的木薯淀粉糊流变行为数据》,《数据简报》,19,2163-2177(2018)
[18] Güllü,H.,喷射灌浆水泥混合物与各种稳定剂的流变模型比较,Constr Build Mater,127,220-236(2016)
[19] Reiner,M.,《流变学入门》(1960),香港刘易斯:香港刘易斯·伦敦
[20] Bingham,E.C.,《流动性和可塑性》(1922),麦格劳·希尔
[21] Herschel,W.H。;Bulkley,R.,《橡胶-苯溶液稠度的测量》,(《美国社会试验规程》(1926年)),621-633
[22] Saharuddin,K.D。;穆罕默德·阿里夫,M.H。;巴哈丁,我。;马兹兰,S.A。;阿卜杜勒·阿齐兹,S.A。;纳兹米,N。;阿卜杜勒·法塔赫,A.Y。;Mohmad,K.,使用机器学习预测磁流变弹性体场相关粘弹性行为的本构模型,Smart Mater Struct,29(2020)
[23] Kirchdoerfer,T。;Ortiz,M.,数据驱动计算力学,《计算方法应用机械工程》,304,81-101(2016)·Zbl 1425.74503号
[24] Kirchdoerfer,T。;Ortiz,M.,《含噪声材料数据集的数据驱动计算》,《计算方法应用机械工程》,326622-641(2017)·Zbl 1464.62282号
[25] F.J.Montáns。;Chinesta,F。;Gómez-Bombarelli,R。;Kutz,J.N.,《科学与工程中的数据驱动建模与学习》,康普特斯·伦德斯·梅卡尼克,347845-855(2019)
[26] 巴胡丁,I。;马兹兰,S.A。;沙皮艾,I。;伊马杜丁,F。;Ubaidillah,S.B.Choi,具有温度相关预测参数的磁流变液本构模型,Smart Mater Struct,27(2018)
[27] Nadzharyan,T.A。;科斯特罗夫,S.A。;斯蒂芬诺夫,G.V。;Kramarenko,E.Y.,磁场中磁活性弹性体动态力学行为的分数流变模型,聚合物,142,316-329(2018)
[28] Brunton,S.L。;Noack,B.R。;Koumoutsakos,P.,《流体力学机器学习》,《流体机械年鉴》,52,477-508(2020)·Zbl 1439.76138号
[29] M.Raissi,A.Yazdani,G.E.J.S.Karniadakis,《隐藏流体力学:从流动可视化中学习速度和压力场》,367(2020)1026-1030·Zbl 1478.76057号
[30] 艾哈迈迪,M.H。;Mohseni-Gharyehsafa,B。;加兹维尼,M。;Goodarzi,M。;吉尔特,R.D。;Kumar,R.,《CuO/水纳米流体动态粘度建模中各种机器学习方法的比较》,《热分析热量杂志》,1392585-2599(2019)
[31] 阿萨迪,A。;阿拉里菲,I.M。;Nguyen,H.M。;Moayedi,H.,基于实验数据预测剪切速率对MWCNT-MgO/油混合纳米流体流变特性和泵送功率影响的最小二乘支持向量机的可行性,《热分析与热量杂志》(2020)
[32] Lei,H。;Wu,L。;Weinan,E.,基于机器学习的分子保真度非牛顿流体模型,Phys Rev E,102(2020)
[33] Zhao,L.F。;李,Z。;Caswell,B。;欧阳,J。;Karniadakis,G.E.,从介观动力学中主动学习本构关系,用于非牛顿流动的宏观建模,《计算物理杂志》,363,116-127(2018)·Zbl 1392.76058号
[34] 艾格斯曼,R。;斯泰尼尔,L。;奥尔蒂斯,M。;Reese,S.,张量投票增强的无模型数据驱动计算力学,Comput Meth Appl Mech Eng,373(2021)·Zbl 1506.74492号
[35] Schmid,P.J.,数值和实验数据的动态模式分解,《流体力学杂志》,656,5-28(2010)·Zbl 1197.76091号
[36] 库茨,J.N。;Brunton,S.L。;布伦顿,B.W。;Proctor,J.L.,《动态模式分解:复杂系统的数据驱动建模》(SIAM(2016))·Zbl 1365.65009号
[37] M.O.威廉姆斯。;Kevrekidis,I.G。;Rowley,C.W.,《Koopman算子的数据驱动近似:扩展动态模式分解》,《非线性科学杂志》,251307-1346(2015)·Zbl 1329.65310号
[38] 莫亚,B。;Gonzalez,D。;阿尔法罗,I。;Chinesta,F。;Cueto,E.,通过数据学习晃动动力学,计算力学,64,511-523(2019)·Zbl 1469.76092号
[39] 拉迪克,L。;Jeong,S.H。;索伦塔勒,B。;Pollefeys,M。;Gross,M.,使用回归森林的数据驱动流体模拟,ACM Trans Graphics,34,199(2015)
[40] 谢毅。;Franz,E。;Chu,M.Y。;Thuerey,N.,tempogan:超分辨率流体流动的时间相干体积gan,ACM Trans Graphics,37,95(2018)
[41] Kim,B。;阿泽夫多,V.C。;北卡罗来纳州瑟雷。;Kim,T。;毛重,M。;Solenthaler,B.,《深层流体:参数化流体模拟的生成网络》,计算图形论坛,38,59-70(2019)
[42] Korzeniowski,T.F。;Weinberg,K.,《材料数据不足问题的随机和数据驱动有限元方法比较》,计算方法应用机械工程,350,554-570(2019)·Zbl 1441.74253号
[43] Nguyen,L.T.K。;Keip,M.A.,《非线性弹性的数据驱动方法》,《计算结构》,19497-115(2018)
[44] 康蒂,S。;缪勒,S。;Ortiz,M.,《数据驱动有限弹性,拱比力学分析》,237,1-33(2020)·Zbl 1437.35654号
[45] Kanno,Y.,计算弹性中数据驱动求解器的混合整数规划公式,Optimization Letters,13,1505-1514(2019)·Zbl 1430.90432号
[46] 艾格斯曼,R。;Kirchdoerfer,T。;Reese,S。;斯泰尼尔,L。;Ortiz,M.,无模型数据驱动的非弹性,计算方法应用机械工程,350,81-99(2019)·Zbl 1441.74048号
[47] P.Carrara,L.De Lorenzis,L.Stainier,M.Ortiz,数据驱动断裂力学,arXiv预印本,(2020)·Zbl 1506.74347号
[48] 周,Y。;詹海飞。;Zhang,W.H。;朱,J.H。;Bai,J.S。;王秋霞。;Gu,Y.T.,用于结构优化的新数据驱动拓扑优化框架,Comput Struct,239(2020)
[49] Monaghan,J.J.,用SPH模拟自由表面流动,计算物理杂志,110,399-406(1994)·Zbl 0794.76073号
[50] 洛博夫斯克。;Křen,J.,流体和固体的平滑粒子流体动力学建模,应用计算力学,1521-530(2007)
[51] 胡,W。;Guo,G.N。;胡晓珍。;内格鲁特,D。;徐志杰。;Pan,W.X.,用于流体-结构相互作用的一致空间自适应平滑粒子流体动力学方法,计算方法应用机械工程,347,402-424(2019)·Zbl 1440.76111号
[52] Stokes,G.G.,《关于运动流体的内耗以及弹性固体的平衡和运动理论》,Trans-Camb Philos Soc,8(1880)
[53] 巴恩斯,H.A。;赫顿,J.F。;Walters,K.,《流变学导论》(1989),爱思唯尔·Zbl 0729.76001号
[54] Chai,Z.H。;史,公元前。;郭振林。;Rong,F.M.,广义牛顿流体流动的多重松弛时间格子Boltzmann模型,《非牛顿流体力学杂志》,166,332-342(2011)·Zbl 1281.76041号
[55] 柴,Z。;Shi,B。;郭,Z。;Rong,F.,广义牛顿流体流动的多重松弛时间格子Boltzmann模型,《非牛顿流体力学杂志》,166,332-342(2011)·Zbl 1281.76041号
[56] 蒂恩,N.P。;Tanner,R.I.,从网络理论导出的新本构方程,《非牛顿流体力学杂志》,2353-365(1977)·Zbl 0361.76011号
[57] Sisko,A.,《润滑脂的流动》,Ind Eng Chem,501789-1792(1958)
[58] Oldroyd,J.G.,《关于流变状态方程的公式》,Proc R Soc Lond。数学与物理科学系列,2002523-541(1950)·Zbl 1157.76305号
[59] 肯尼迪,P。;Zheng,R.,注塑模具的流动分析(2013),Carl Hanser Verlag GmbH Co KG
[60] 邵,S。;Lo,E.Y.M.,《模拟具有自由表面的牛顿和非牛顿流动的不可压缩SPH方法》,《Adv Water Res》,26,787-800(2003)
[61] 刘,G.-R。;Liu,M.B.,《平滑粒子流体动力学:无网格粒子方法》(2003),《世界科学:世界科学新加坡》,新加坡·兹比尔1046.76001
[62] 利伯斯基,L.D。;Petschek,A.G。;卡尼,T.C。;希普,J.R。;Allahdadi,F.A.,《高应变拉格朗日流体动力学:动态材料响应的三维SPH代码》,《计算物理杂志》,109,67-75(1993)·兹伯利0791.76065
[63] Randles,P。;Libersky,L.D.,《光滑粒子流体动力学:一些最近的改进和应用》,《计算方法应用机械工程》,139375-408(1996)·Zbl 0896.73075号
[64] 克雷斯波,A.J.C。;戈麦斯·格斯泰拉,M。;Dalrymple,R.A.,《堤防大波缓解的三维SPH模拟》,《水利研究杂志》,45,631-642(2007)
[65] 克雷斯波,A。;戈梅斯·盖斯特拉,M。;Dalrymple,R.A.,《利用SPH技术模拟湿床上的溃坝行为》,《海洋工程杂志》,第134期,第313-320页(2008年)
[66] 莫里斯,J.P。;福克斯·P·J。;Zhu,Y.,使用SPH建模低雷诺数不可压缩流,计算物理杂志,136,214-226(1997)·Zbl 0889.76066号
[67] 呼罗珊扎德,南部。;Sousa,J.M.M.,《使用不可压缩SPH在中等雷诺数下对盖驱动腔流的详细研究》,《国际J数值方法流体》,76,653-668(2014)
[68] 库兰特,R。;弗里德里希斯(Friedrichs,K.)。;Lewy,H.,U ber die partiallen Differenzenglechichungen der mathematischen Physik,《数学安》,100,32-74(1928)
[69] Knuth,D.E.,《计算机编程艺术》(1997),培生教育·Zbl 0895.68055号
[70] Lyon,A.,为什么正态分布是正态的?,Br J Philos Sci,65,621-649(2014)·Zbl 1319.62010号
[71] Stigler,S.M.,Gauss和最小二乘法的发明,Ann Stat,465-474(1981)·Zbl 0477.62001
[72] S.Patro,K.K.Sahu,《归一化:预处理阶段》,arXiv预印本,(2015)。
[73] Tobias,R.D.,《偏最小二乘回归简介》(第二十届SAS用户团体国际年会论文集(1995年),SAS Institute Inc Cary)
[74] Geladi,P。;Kowalski,B.R.,《偏最小二乘回归:教程》,《Anal Chim Acta》,185,1-17(1986)
[75] Dekking,F.M。;克拉伊坎普,C。;Lopuhaä,H.P.公司。;Meester,L.E.,《概率与统计的现代导论:理解为什么和如何》(2005),斯普林格科学与商业媒体·Zbl 1079.60002号
[76] Asparouhov,T。;Muthén,B.,缺失数据的加权最小二乘估计,Mplus Tech Append,2010,1-10(2010)
[77] Jaynes,E.T.,《信息理论和统计力学》,《物理学评论E》,106,620(1957)·Zbl 0084.43701号
[78] Shannon,C.,保密系统的通信理论,贝尔系统技术杂志,28656-715(1949)·Zbl 1200.94005号
[79] Komatina博士。;Jovanovic,M.,水-粘土混合物稳定和非稳定自由表面流动的实验研究,《水利研究杂志》,35,579-590(1997)
[80] Lee,E.S。;穆利内克,C。;Xu,R。;维奥洛,D。;劳伦斯,D。;Stansby,P.,《SPH无网格粒子法中弱可压缩和真正不可压缩算法的比较》,《计算物理杂志》,2278417-8436(2008)·Zbl 1256.76054号
[81] 贝尔,不列颠哥伦比亚省。;Surana,K.S.,二维、不可压缩、非牛顿等温和非等温流体流动的p型最小二乘有限元公式,国际J数值方法流体,18,127-162(1994)·Zbl 0816.76043号
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