We demonstrate the utility of deep learning for modeling the clustering of particles that are aerodynamically coupled to turbulent fluids. Using a Lagrangian particle module within the ATHENA++ hydrodynamics code, we simulate the dynamics of particles in the Epstein drag regime within a periodic domain of isotropic forced hydrodynamic turbulence. This setup is an idealized model relevant to the collisional growth of micron to mmsized dust particles in early stage planet formation. The simulation data is used to train a U-Net deep learning model to predict gridded three-dimensional representations of the particle density and velocity fields, given as input the corresponding fluid fields. The trained model qualitatively captures the filamentary structure of clustered particles in a highly non-linear regime. We assess model fidelity by calculating metrics of the density structure (the radial distribution function) and of the velocity field (the relative velocity and the relative radial velocity between particles). Although trained only on the spatial fields, the model predicts these statistical quantities with errors that are typically < 10%. Our results suggest that, given appropriately expanded training data, deep learning could be used to accelerate calculations of particle clustering and collision outcomes both in protoplanetary disks, and in related two-fluid turbulence problems that arise in other disciplines.


翻译:我们展示了深层学习对于模拟粒子集集的有用性,这些粒子在空气动力学上与动荡流体相联。我们利用AHENA+流体动力学代码中的拉格朗格亚粒子模块,在非线性强流体动力学波动的定期领域模拟Epstein拖动系统中粒子的动态。这个设置是一个理想化模型,它与微子与成千成千成千成千成千成千的尘颗粒在早期行星形成中的相撞增长有关。模拟数据用于培训U-Net深层学习模型,以预测粒子密度和速度域的三维电网化显示,作为相应的流体输入。经过培训的模型在质量上捕捉到高度非线性系统中集聚粒子的丝质结构。我们通过计算密度结构(辐射分布功能)和速度场(粒子之间的相对速度和相对辐射速度)的测量尺度来评估模型的准确性。模型预测这些统计数量,其误差通常为 < 10%。我们得到的模型显示,在高度非线性化系统中,在精确的磁层中,在进行精确的计算时,在使用两个模型中,在磁层中,可以产生相关的计算过程中,在加速进行相关的数据流流学中,因此,在进行有关的结果会产生。

0
下载
关闭预览

相关内容

强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年11月8日
Arxiv
19+阅读 · 2022年7月29日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Arxiv
14+阅读 · 2020年12月17日
VIP会员
相关资讯
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员