This work introduces a new approach to reduce the computational cost of solving partial differential equations (PDEs) with convection-dominated solutions: model reduction with implicit feature tracking. Traditional model reduction techniques use an affine subspace to reduce the dimensionality of the solution manifold and, as a result, yield limited reduction and require extensive training due to the slowly decaying Kolmogorov $n$-width of convection-dominated problems. The proposed approach circumvents the slowly decaying $n$-width limitation by using a nonlinear approximation manifold systematically defined by composing a low-dimensional affine space with a space of bijections of the underlying domain. Central to the implicit feature tracking approach is a residual minimization problem over the reduced nonlinear manifold that simultaneously determines the reduced coordinates in the affine space and the domain mapping that minimize the residual of the unreduced PDE discretization. The nonlinear trial manifold is constructed by using the proposed residual minimization formulation to determine domain mappings that cause parametrized features to align in a reference domain for a set of training parameters. Because the feature is stationary in the reference domain, i.e., the convective nature of solution removed, the snapshots are effectively compressed to define an affine subspace. The space of domain mappings, originally constructed using high-order finite elements, are also compressed in a way that ensures the boundaries of the original domain are maintained. Several numerical experiments are provided, including transonic and supersonic, inviscid, compressible flows, to demonstrate the potential of the method to yield accurate approximations to convection-dominated problems with limited training.


翻译:这项工作引入了一种新的方法,以降低解决部分差异方程式(PDEs)的计算成本(PDEs),以对流为主的解决方案:通过隐含特征跟踪进行模型减少模型。传统的模型减少技术使用一个偏角子空间来减少解决方案的维度,从而产生有限的减少,并因此产生有限的减少,并需要广泛的培训,因为由于Colmogorov $n-width的对流问题正在缓慢衰减,而这种计算成本则以对流为主的计算成本(PDEs) 。拟议方法通过使用一个非线性近距离组合来绕过缓慢衰减的宽度限制,其定义是通过对一个低维度的直角空间定位空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间空间,通过精确的直径定位定位定位定位定位定位定位定位定位, 和直径域域域域域域域域域内部定位的精确定位定位是固定的直径定位的直径定位, 。

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