In this paper, we are interested in the acceleration of numerical simulations. We focus on a hypersonic planetary reentry problem whose simulation involves coupling fluid dynamics and chemical reactions. Simulating chemical reactions takes most of the computational time but, on the other hand, cannot be avoided to obtain accurate predictions. We face a trade-off between cost-efficiency and accuracy: the simulation code has to be sufficiently efficient to be used in an operational context but accurate enough to predict the phenomenon faithfully. To tackle this trade-off, we design a hybrid simulation code coupling a traditional fluid dynamic solver with a neural network approximating the chemical reactions. We rely on their power in terms of accuracy and dimension reduction when applied in a big data context and on their efficiency stemming from their matrix-vector structure to achieve important acceleration factors ($\times 10$ to $\times 18.6$). This paper aims to explain how we design such cost-effective hybrid simulation codes in practice. Above all, we describe methodologies to ensure accuracy guarantees, allowing us to go beyond traditional surrogate modeling and to use these codes as references.


翻译:在本文中,我们关心数字模拟的加速。 我们专注于超声波行星再入问题, 模拟涉及流体动态和化学反应的模拟。 模拟化学反应需要大部分计算时间, 但却无法避免, 以获得准确的预测。 我们面临着成本效率和准确性之间的权衡: 模拟代码必须足够高效, 才能在操作环境中使用, 并且足够准确, 以忠实地预测这个现象。 为了解决这一权衡, 我们设计了一个混合模拟代码, 将一个传统的流体动态求解器与一个神经网络相匹配的化学反应连接起来。 我们依靠它们的力量, 在大数据环境下应用时, 准确性和尺寸的减少, 以及它们从矩阵变量结构中产生的效率, 来达到重要的加速系数( 10美元到18.6美元 美元 ) 。 本文旨在解释我们在实践中如何设计这种成本效益高的混合模拟代码。 首先, 我们描述确保准确性保障的方法, 使我们能够超越传统的模拟模型, 并使用这些代码作为参考。

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