Physics-constrained symbolic regression for reduced-order carinal pressure laws in transient endotracheal-tube airflow

多物理 计算流体力学 物理 瞬态(计算机编程) 无量纲量 应用数学 机械 参数统计 均方根 气流 流量(数学) 雷诺数 流体力学 统计物理学 法学 风速计 非线性系统 均方误差 插值(计算机图形学) 数学分析 平方根 通风(建筑) 二次方程 数学 平方(代数) 数值分析 数学优化
作者
Filippos D. Sofos,Talib Dbouk,Zoi Dorothea Pana,Dimitris Drikakis
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:38 (11)
标识
DOI:10.1063/5.0345734
摘要

High-fidelity computational fluid dynamics (CFD) can resolve transient airway flow during mechanical ventilation, but its cost limits parametric exploration and rapid model evaluation. We present a physics-constrained symbolic regression framework that converts transient three-dimensional multiphysics CFD simulations of endotracheal-tube airflow into closed-form reduced-order laws for local carinal pressure. The database spans pressure-controlled ventilation (PCV), volume-controlled ventilation (VCV), oxygen mass fraction, tip-to-carina distance, Murphy-eye orientation, and the transient inlet-flow response. All regressors are expressed as dimensionless variables, so that the search is unit-invariant, and nonlinear operators act only on dimensionally admissible arguments. Separate symbolic searches are performed for pressure-controlled and VCV. The recovered laws are consistent with mode-specific ventilation physics: an inverse quadratic inspiratory phase dependence for PCV and a normalized-time Reynolds number dependence for VCV. The best expressions achieve a coefficient of determination of 0.9993 and a root mean square error (RMSE) of 6.98×10−4 for PCV, and a coefficient of determination of 0.9983 and a root mean square error of 1.75×10−3 for VCV, reducing the prediction error by approximately one order of magnitude relative to a multivariate-linear baseline. Multi-seed Pareto screening and dimensionless pressure-regime maps show that the surrogate enables rapid interpolation within the sampled parameter space without rerunning CFD. The framework provides a transparent, scientific machine learning route from multiphysics flow simulations to dimensionally admissible pressure laws for biological fluid mechanics, while remaining limited to the investigated airway geometry and operating conditions.

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
刚刚
1秒前
btyyl完成签到,获得积分10
1秒前
害羞的语芹完成签到 ,获得积分10
1秒前
1秒前
C.Cat的应助被醉熏的天薇采纳,获得10
1秒前
科研通AI2S的应助被XiYang采纳,获得10
1秒前
英姑的应助被拿铁要加冰采纳,获得10
1秒前
桐桐的应助被jingcheng采纳,获得10
2秒前
念l发布了新的文献求助20
2秒前
molihuakai的应助被动听若雁采纳,获得10
2秒前
深情安青的应助被连钧采纳,获得10
2秒前
LSH970829发布了新的文献求助10
2秒前
顾矜的应助被甘冰采纳,获得10
2秒前
LLLLLLLLL完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
3秒前
莫语发布了新的文献求助10
3秒前
陌语完成签到,获得积分10
3秒前
东起欧发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
Criminology34的应助被你好采纳,获得10
4秒前
4秒前
高贵的铁身完成签到,获得积分10
4秒前
c源发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
aki完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
月月发布了新的文献求助10
5秒前
Xingkun_li发布了新的文献求助10
6秒前
大方树叶发布了新的文献求助10
6秒前
充电宝的应助被沐沐采纳,获得10
6秒前
111完成签到,获得积分10
7秒前
eating完成签到,获得积分10
7秒前
务实思卉完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
yjia完成签到 ,获得积分10
8秒前
菠萝发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
8秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Encyclopedia of Modern Artificial Intelligence 1000
Особенности технологий и методов информационно-психологических войн СССР с Великобританией и США в период 1939-1953 гг 1000
Das Matthäusevangelium: Kapitel 1:1–17 1000
IRTSD: Open-Source Data and Toolset for Electromagnetic Transient Analysis of Disturbances and IBR Control Malfunctions in Transmission Systems 1000
Entre Praga y Madrid : los contactos checoslovaco-españoles (1948-1977) 600
A REVIEW OF THE V-22 DYNAMICS VALIDATION PROGRAM 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8130999
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9533315
关于积分的说明 21601348
捐赠科研通 7713144
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3418328
关于科研通互助平台的介绍 2543979
邀请新用户注册赠送积分活动 2459666