[發(fā)明專利]由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建可壓縮兩介質(zhì)流場界面條件的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211111769.1
• 申請日: 2022-09-13
• 公開（公告）號: CN115526097A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許亮;劉子巖;馮峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天空氣動力技術(shù)研究院
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/28;G06N3/04;G06N3/08;G06F111/04;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗筠

本申請涉及流體力學(xué)模擬領(lǐng)域，具體公開了一種建模方法，建模方法應(yīng)用于可壓縮兩介質(zhì)流場模型，包括：將流場界面在時刻1的流場狀態(tài)1輸入至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用于輸出和為兩介質(zhì)非線性方程f_L+f_R+△u＝0中函數(shù)f_L的預(yù)測值，為函數(shù)f_R的預(yù)測值，速度差△u＝u_R?u_L；根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸出的結(jié)果，確定用于指示流場界面兩側(cè)在時刻1的界面條件；根據(jù)界面條件和流場狀態(tài)1，確定流場界面時刻2下的流場狀態(tài)2。本申請?zhí)峁┑姆桨缚梢詼蚀_構(gòu)建可壓縮兩介質(zhì)流場界面條件，適用于描述不同流體熱力學(xué)特性的狀態(tài)方程，避免了迭代求解過程，增大可壓縮兩介質(zhì)流場模擬模型的求解效率和求解成功率。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及流體力學(xué)模擬的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建可壓縮兩介質(zhì)流場界面條件的方法。

背景技術(shù)

可壓縮兩介質(zhì)流場界面運動產(chǎn)生的動力學(xué)特性對含液滴、氣泡的高速流場的研究具有非常重要的意義。高置信度的數(shù)值模擬正在發(fā)揮越來越重要的作用。

由于界面兩側(cè)不同流體的物性參數(shù)差異很大，如果將模擬單介質(zhì)流體的數(shù)值格式直接應(yīng)用于模擬多介質(zhì)流體問題，數(shù)值不穩(wěn)定可能會出現(xiàn)。尤其當(dāng)激波等高度非線性波與界面作用時，界面附近很容易出現(xiàn)非物理振蕩，甚至使得計算難以進行。以虛擬流體方法為代表的銳界面方法將界面看成一類特殊的邊界，基于兩介質(zhì)黎曼問題解在界面附近的虛擬流場構(gòu)建邊界條件，可以避免界面附近的數(shù)值不穩(wěn)定，也容易推廣到多維。

但是，氣液界面附近狀態(tài)方程及物性參數(shù)的多樣性會導(dǎo)致兩介質(zhì)黎曼問題求解復(fù)雜。如果考慮黏性、表面張力、相變、化學(xué)反應(yīng)等因素影響后，物質(zhì)界面求解迭代過程可能更加繁瑣和復(fù)雜，計算效率和穩(wěn)定性仍然有待進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容

本申請?zhí)峁┮环N由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建可壓縮兩介質(zhì)流場界面條件的方法，目的是準確構(gòu)建可壓縮兩介質(zhì)流場界面條件，使求解過程中計算穩(wěn)定，適用于描述不同流體熱力學(xué)特性的狀態(tài)方程，避免了迭代求解過程，增大可壓縮兩介質(zhì)流場模擬模型的求解效率和求解成功率。通過可壓縮兩介質(zhì)流場模擬模型模擬得到的模擬結(jié)果可以在實際應(yīng)用能夠具有較高的技術(shù)指導(dǎo)價值。

第一方面，提供了一種建模方法，所述建模方法應(yīng)用于可壓縮兩介質(zhì)流場模型，包括：

將流場界面在第一時刻的第一流場狀態(tài)輸入至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用于輸出和為兩介質(zhì)非線性方程f_L+f_R+Δu＝0中函數(shù)f_L的預(yù)測值，為函數(shù)f_R的預(yù)測值，其中速度差Δu＝u_R-u_L，L表示第一側(cè)流體，R表示第二側(cè)流體，u表示流體速度；

根據(jù)所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸出的結(jié)果，確定第一界面條件，所述第一界面條件用于指示所述流場界面兩側(cè)在所述第一時刻的界面條件；

根據(jù)所述第一界面條件和所述第一流場狀態(tài)，確定所述流場界面第二時刻下的第二流場狀態(tài)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請?zhí)峁┑姆桨钢辽侔ㄒ韵掠幸婕夹g(shù)效果：

1)本發(fā)明旨在設(shè)計一種嵌入物理約束的兩介質(zhì)黎曼問題預(yù)測代理模型，將基于大數(shù)據(jù)的機器學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于可壓縮兩介質(zhì)流場界面條件的構(gòu)建。這種代理模型不同于傳統(tǒng)的公式表達，包含了大數(shù)據(jù)中的豐富流場信息，同時避免了復(fù)雜的迭代求解過程。該項技術(shù)能夠有效模擬包含強激波或強間斷的挑戰(zhàn)性難題，改進傳統(tǒng)方法的計算效率和穩(wěn)定性，可以應(yīng)用于各類可壓縮兩介質(zhì)流體界面演變問題的流場仿真；

2)本發(fā)明提出的嵌入物理約束的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，沒有直接輸出黎曼問題4個界面解的擬合結(jié)果，而是輸出2個表征物理關(guān)系的函數(shù)值。這樣在損失函數(shù)中可以將流場間斷關(guān)系只表示成關(guān)于這2個函數(shù)值的約束條件，不僅使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代理模型的結(jié)果更加符合物理要求，而且應(yīng)用上非常簡潔方便；