One of the principal barriers in developing accurate and tractable predictive models in turbulent flows with a large number of species is to track every species by solving a separate transport equation, which can be computationally impracticable. In this paper, we present an on-the-fly reduced order modeling of reactive as well as passive transport equations to reduce the computational cost. The presented approach seeks a low-rank decomposition of the species to three time-dependent components: (i) a set of orthonormal spatial modes, (ii) a low-rank factorization of the instantaneous species correlation matrix, and (iii) a set of orthonormal species modes, which represent a low-dimensional time-dependent manifold. Our approach bypasses the need to solve the full-dimensional species to generate high-fidelity data - as it is commonly performed in data-driven dimension reduction techniques such as the principle component analysis. Instead, the low-rank components are directly extracted from the species transport equation. The evolution equations for the three components are obtained from optimality conditions of a variational principle. The time-dependence of the three components enables an on-the-fly adaptation of the low-rank decomposition to transient changes in the species. Several demonstration cases of reduced order modeling of passive and reactive transport equations are presented.


翻译:在大量物种的动荡流动中,开发准确和可移植的预测模型的主要障碍之一是通过解决一个单独的运输方程式跟踪每个物种,这种方程式可能无法计算。在本文中,我们提出了一个反应式和被动运输方程式的在空中减少顺序模型,以减少计算成本。提出的方法寻求将物种分解到三个有时间依赖的构成部分,即:(一)一组随机空间模式,(二)瞬间物种相关矩阵的低等级因子化,(三)一组异常物种模式,它代表一个低维度、依赖时间的多元体。我们的方法绕过了解决全维物种的全维量减序模型的需要,以生成高非异度数据,因为通常在数据驱动的减少维度技术中进行,例如主要组成部分分析。相反,低级组件直接从物种运输方程式中提取。三个组成部分的进化方程式是从变化原理的最佳条件中获得的进化方程式。三个组成部分的进化方程式依赖时间,代表一个低维度、低维度的多维系模式,使得能够对低度的反向式模型进行实时转换。

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