مدل رتبه کاسته داده-محور و مبتنی بر فیزیک برای معادله نفوذ-جابجایی با بهره گیری از روش تجزیه مود دینامیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 بخش مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی دانشگاه قم

2 آزمایشگاه پژوهشی اتمسفر زمین و علوم فضایی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه قـم

چکیده

در تحلیل‌های عددی مسائل مکانیک سیالات، به ویژه در شبیه‌سازی مستقیم، کاهش هزینه‎های محاسباتی همواره از اهمیت بالایی برخوردار بوده‌است. استفاده از مدل‌های رتبه‌کاسته، که با کاستن از قیود مدل به سرعت آن افزوده خواهد شد، جایگزین مناسبی برای مدل اصلی می‎باشد. در این پژوهش با استفاده از روش تجزیه مود دینامیکی و با بهره‌گیری از مفاهیم پایه‌ای سیستم‌های دینامیکی، معادله حاکم به فرم یک مدل رتبه‌کاسته تبدیل شده‌است. نتایج نشان می‌دهند در صورت افزایش عدد رینولدز و کاهش اثرات ناشی از ترم لزج موجود در معادله حاکم، استهلاک لازم در سیستم دینامیکی برای پایدارسازی حل عددی کاسته می‌شود. همچنین به دلیل کامل نبودن فضای مودال مفروض و حذف اثر مودها برخی مودها، این ناپایداری بیش‎تر نمایان خواهد شد. بنابراین با استفاده یک ترم اتلاف مصنوعی مبتنی بر لزجت گردابه‌ای سعی‌شده تا پایداری سیستم افزایش پیدا ‌کند.مدل رتبه‌کاسته اصلاح شده با دسته نمایه‌ای حاصل از یک مقدار عدد رینولدز ایجاد و برای مدل‌سازی مسئله موردنظر به ازای اعداد رینولدز مختلف مورد استفاده قرار گرفته‌است. مقایسه نتایج حاصل از مدل رتبه‌کاسته با شبیه ‌سازی‌های حاصل از حل دقیق، توانایی و دقت بالای مدل نهایی رتبه‎کاسته را برای پیش بینی دینامیک میدان نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Physics-Informed Data-driven Reduced Order Model of the Convection-Diffusion Equation Using Dynamic Mode Decomposition

نویسندگان [English]

  • Mohammad Kazem Moayyedi 1
  • Zohreh Khakzari 2
1 Department of Mechanical Engineering, University of Qom
2 Earth Atmosphere and Space Sciences Research Laboratory, Department of Mechanical Engineering, University of Qom
چکیده [English]

In the numerical analysis of fluid mechanics problems, especially in high-resolution simulation, the reduction of computational costs has always been of great importance. The use of reduced-order models, which will increase the speed of computation by reducing the constraints of the original model, is a suitable surrogate model for the original governing equation. In this research, using dynamic mode decomposition and based on principles of dynamical systems, the governing equation has been converted to a reduced-order model. The results show if the Reynolds number increases and the effects of the viscous term in the governing equation are reduced, the necessary dissipation in the representative model to stabilize the numerical solution is decreased. Also, due to the incompleteness of the modal space and removing the effects of some modes, the instability will be enhanced. Therefore, by using an artificial dissipation term based on the eddy viscosity concept, an attempt has been made to increase the stability of the reduced-order model. A stabilized reduced-order model, which is learned using a snapshots ensemble obtained for a specified Reynolds number, is used to simulate the problem for different Reynolds numbers. Comparison between the results obtained by the reduced-order model with the exact solution shows the ability and high accuracy of the model to predict the problem dynamics.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Reduced Order Model,
  • Dynamic Mode Decomposition,
  • Eddy Viscosity Approach,
  • Reynolds number,
  • Stabilization