Physics Informed Neural Networks (PINNs) are shown to be a promising method for the approximation of Partial Differential Equations (PDEs). PINNs approximate the PDE solution by minimizing physics-based loss functions over a given domain. Despite substantial progress in the application of PINNs to a range of problem classes, investigation of error estimation and convergence properties of PINNs, which is important for establishing the rationale behind their good empirical performance, has been lacking. This paper presents convergence analysis and error estimates of PINNs for a multi-physics problem of thermally coupled incompressible Navier-Stokes equations. Through a model problem of Beltrami flow it is shown that a small training error implies a small generalization error. \textit{Posteriori} convergence rates of total error with respect to the training residual and collocation points are presented. This is of practical significance in determining appropriate number of training parameters and training residual thresholds to get good PINNs prediction of thermally coupled steady state laminar flows. These convergence rates are then generalized to different spatial geometries as well as to different flow parameters that lie in the laminar regime. A pressure stabilization term in the form of pressure Poisson equation is added to the PDE residuals for PINNs. This physics informed augmentation is shown to improve accuracy of the pressure field by an order of magnitude as compared to the case without augmentation. Results from PINNs are compared to the ones obtained from stabilized finite element method and good properties of PINNs are highlighted.


翻译:事实显示,物理知情神经网络(PINNs)是接近局部差异方程式(PDEs)的一个很有希望的方法。 PINNs通过在特定领域最大限度地减少物理损失功能来接近PDE解决方案。尽管在将PINNs应用于一系列问题类别方面取得了很大进展,但是对PINNs的误差估计和趋同特性的调查一直缺乏,这对于确定其良好实证业绩的理由很重要。本文件介绍了PINNs对热结合的Navier-Stokes方程式的多物理问题的综合分析和误差估计。通过Beltrami流的模型问题,PINs接近PDE的解决方案。尽管在应用PINNs的一系列问题类别中取得了显著进展,但对确定培训参数和培训剩余性能的恰当数量和培训剩余阈值以获得对热结合稳定状态流动的好预测具有实际意义。这些趋同率随后被普遍化为不同空间间QEMIMI(相对于PTRI)流流流值的最小培训错误意味着一个小的一般性错误。 相对于PIMI(PMI)的精确度,这一稳定性数值的数值从A-直径直径直径直径到稳定度的直径比的直径比的直径直径对等的直径法是显示的平方的直径的直径直方的直方法是显示的直方的直径直径直方。

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