Towards spatio-temporal prediction of cavitating fluid flow with graph neural networks

计算机科学 人工神经网络 流量(数学) 空化 流体力学 图形 人工智能 机械 理论计算机科学 物理
作者
Rui Gao,Shayan Heydari,Rajeev K. Jaiman
出处
期刊:International Journal of Multiphase Flow [Elsevier BV]
卷期号:177: 104858-104858 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.ijmultiphaseflow.2024.104858
摘要

In this article, we present a deep learning-based surrogate model for spatio-temporal prediction of cavitating fluid flow. Specifically, we introduce a finite element-inspired rotation equivariant hypergraph neural network for inferring and predicting dynamical behaviors of cavitating flow. We generate ground-truth spatial–temporal data by simulating a full-order variational system based on homogeneous mixture-based cavitation theory. We consider the flow past a NACA0012 hydrofoil to examine the predictive ability of the proposed graph neural network for cavitation dynamics. Results demonstrate that the network achieves stabilized and accurate temporal predictions of the system states, successfully forecasting the evolution patterns of individual cavitation events. Additionally, comparisons of predicted fluid loading coefficients are in good agreements with the ground-truth values. We also discuss some challenges encountered in the long-term prediction of flow patterns across multiple cavitation events. The proposed framework has implications for design optimization, active control and development of a physics-based digital twin of a cavitating marine propeller.
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