Physics‐Informed Neural Network Method for Forward and Backward Advection‐Dispersion Equations

离散化 导水率 平流 人工神经网络 色散(光学) 流量(数学) 领域(数学) 液压头 应用数学 计算机科学 数学分析 机械 数学 物理 人工智能 地质学 光学 土壤科学 纯数学 土壤水分 热力学
作者
Qizhi He,Alexandre M. Tartakovsky
出处
期刊:Water Resources Research [Wiley]
卷期号:57 (7) 被引量:123
标识
DOI:10.1029/2020wr029479
摘要

Abstract We propose a discretization‐free approach based on the physics‐informed neural network (PINN) method for solving the coupled advection‐dispersion equation (ADE) and Darcy flow equation with space‐dependent hydraulic conductivity . In this approach, , hydraulic head, and concentration fields are approximated with deep neural networks (DNNs). We assume that K ( x ) is given by its values on a grid, and we use these values to train the K DNN. The head and concentration DNNs are trained by minimizing the residuals of the flow equation and ADE and using the initial and boundary conditions as additional constraints. The PINN method is applied to one‐ and two‐dimensional forward ADEs, where its performance for various Péclet numbers ( Pe ) is compared with the analytical and numerical solutions. We find that the PINN method is accurate with errors of less than 1% and outperforms some conventional discretization‐based methods for large Pe . Next, we demonstrate that the PINN method remains accurate for the backward ADEs, with the relative errors in most cases staying under 5% compared to the reference concentration field. Finally, we show that when available, the concentration measurements can be easily incorporated in the PINN method and significantly improve (by more than 50% in the considered cases) the accuracy of the PINN solution of the backward ADE.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
孤云出岫完成签到,获得积分10
刚刚
陌路发布了新的文献求助10
1秒前
唐唯一完成签到,获得积分10
1秒前
liuliu梅完成签到 ,获得积分10
1秒前
清嘉发布了新的文献求助10
2秒前
吴世雍完成签到,获得积分20
2秒前
l_v发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
威化发布了新的文献求助10
4秒前
初梦发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
skyline完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
6秒前
Xumeiling完成签到 ,获得积分10
6秒前
Mireia发布了新的文献求助30
6秒前
7秒前
冷静曲奇完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
9秒前
所所应助朱洪帆采纳,获得10
9秒前
9秒前
烟花应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
9秒前
顾矜应助科研通管家采纳,获得30
9秒前
9秒前
9秒前
9秒前
李健应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
10秒前
10秒前
10秒前
11秒前
tanfor完成签到 ,获得积分10
11秒前
善良鸡翅发布了新的文献求助10
11秒前
科研通AI2S应助细心的语蓉采纳,获得10
12秒前
12秒前
pan关注了科研通微信公众号
12秒前
wj发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
高分求助中
Malcolm Fraser : a biography 700
Signals, Systems, and Signal Processing 610
天津市智库成果选编 600
Climate change and sports: Statistics report on climate change and sports 500
Forced degradation and stability indicating LC method for Letrozole: A stress testing guide 500
Organic Reactions Volume 118 400
A Foreign Missionary on the Long March: The Unpublished Memoirs of Arnolis Hayman of the China Inland Mission 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6465431
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8272420
关于积分的说明 17638041
捐赠科研通 5539652
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2907657
邀请新用户注册赠送积分活动 1884755
关于科研通互助平台的介绍 1732248