Model order reduction through the POD-Galerkin method can lead to dramatic gains in terms of computational efficiency in solving physical problems. However, the applicability of the method to non linear high-dimensional dynamical systems such as the Navier-Stokes equations has been shown to be limited, producing inaccurate and sometimes unstable models. This paper proposes a deep learning based closure modeling approach for classical POD-Galerkin reduced order models (ROM). The proposed approach is theoretically grounded, using neural networks to approximate well studied operators. In contrast with most previous works, the present CD-ROM approach is based on an interpretable continuous memory formulation, derived from simple hypotheses on the behavior of partially observed dynamical systems. The final corrected models can hence be simulated using most classical time stepping schemes. The capabilities of the CD-ROM approach are demonstrated on two classical examples from Computational Fluid Dynamics, as well as a parametric case, the Kuramoto-Sivashinsky equation.


翻译:摘要: 通过POD-Galerkin方法进行模型降阶,可以在解决物理问题时获得计算效率上的显著提高。然而,该方法在非线性高维动力学系统,如Navier-Stokes方程中的适用性已被证明受限,会产生不准确甚至不稳定的模型。本文提出了一个基于深度学习的封闭建模方法,针对经典的POD-Galerkin降阶模型 (ROM)。所提出的方法在理论上有根据,使用神经网络来逼近经过充分研究的运算。与大多数以前的研究相比,本文中的CD-ROM方法是基于一个可解释的连续记忆公式,从部分观察到的动力学系统行为上导出的。因此,最终的更正模型可以使用大多数经典的时间步进方案进行模拟。CD-ROM方法的能力在计算流体力学的两个经典例子以及参数化案例Kuramoto-Sivashinsky 方程中得到证明。

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