This work presents a set of neural network (NN) models specifically designed for accurate and efficient fluid dynamics forecasting. In this work, we show how neural networks training can be improved by reducing data complexity through a modal decomposition technique called higher order dynamic mode decomposition (HODMD), which identifies the main structures inside flow dynamics and reconstructs the original flow using only these main structures. This reconstruction has the same number of samples and spatial dimension as the original flow, but with a less complex dynamics and preserving its main features. We also show the low computational cost required by the proposed NN models, both in their training and inference phases. The core idea of this work is to test the limits of applicability of deep learning models to data forecasting in complex fluid dynamics problems. Generalization capabilities of the models are demonstrated by using the same neural network architectures to forecast the future dynamics of four different multi-phase flows. Data sets used to train and test these deep learning models come from Direct Numerical Simulations (DNS) of these flows.


翻译:这项工作提出了一套专门用于准确和高效流体动态预测的神经网络模型。在这项工作中,我们展示了如何通过被称为更高顺序动态模式分解技术(HODMD)降低数据复杂性来改进神经网络培训,该技术查明了流动动态中的主要结构,并仅利用这些主要结构重建了原始流动。这一重建的样本和空间尺寸与原始流动相同,但具有较少复杂的动态并保存其主要特征。我们还展示了拟议的NNW模型在培训和推断阶段所需的低计算成本。这项工作的核心思想是测试深层次学习模型对复杂流体动态问题数据预报的适用性限度。模型的一般化能力通过使用相同的神经网络结构来预测四个不同多阶段流动的未来动态。用于培训和测试这些深层学习模型的数据集来自这些流动的直接纳米模拟(DNS) 。

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