Artificial neural network approach to large-eddy simulation of compressible isotropic turbulence

人工神经网络 各向同性 大涡模拟 湍流 先验与后验 压缩性 统计物理学 数学 应用数学 计算机科学 机械 物理 人工智能 量子力学 认识论 哲学
作者
Chenyue Xie,Jianchun Wang,Ke Li,Chao Ma
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:99 (5) 被引量:69
标识
DOI:10.1103/physreve.99.053113
摘要

A subgrid-scale (SGS) model for large-eddy simulation (LES) of compressible isotropic turbulence is constructed by using a data-driven framework. An artificial neural network (ANN) based on local stencil geometry is employed to predict the unclosed SGS terms. The input features are based on the first-order and second-order derivatives of filtered velocity and temperature which appear in the second-order Taylor approximation of the SGS stress and heat flux. It is shown that the proposed ANN-7 model performs better than the gradient model in the a priori test. The correlation coefficient is larger and the relative error is smaller for ANN-7 model as compared to those of the gradient model in the a priori test. In an a posteriori analysis, the performance of ANN-7 model shows advantage over the dynamic Smagorinsky model and dynamic mixed model in the prediction of spectra and structure functions of velocity and temperature, and instantaneous flow structures. Artificial neural network is a promising tool for understanding the physical fundamentals of SGS unclosed terms with further improvement.

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