The objective of this study is to assess the capability of convolution-based neural networks to predict wall quantities in a turbulent open channel flow. The first tests are performed by training a fully-convolutional network (FCN) to predict the 2D velocity-fluctuation fields at the inner-scaled wall-normal location $y^{+}_{\rm target}$, using the sampled velocity fluctuations in wall-parallel planes located farther from the wall, at $y^{+}_{\rm input}$. The predictions from the FCN are compared against the predictions from a proposed R-Net architecture. Since the R-Net model is found to perform better than the FCN model, the former architecture is optimized to predict the 2D streamwise and spanwise wall-shear-stress components and the wall pressure from the sampled velocity-fluctuation fields farther from the wall. The dataset is obtained from DNS of open channel flow at $Re_{\tau} = 180$ and $550$. The turbulent velocity-fluctuation fields are sampled at various inner-scaled wall-normal locations, along with the wall-shear stress and the wall pressure. At $Re_{\tau}=550$, both FCN and R-Net can take advantage of the self-similarity in the logarithmic region of the flow and predict the velocity-fluctuation fields at $y^{+} = 50$ using the velocity-fluctuation fields at $y^{+} = 100$ as input with about 10% error in prediction of streamwise-fluctuations intensity. Further, the R-Net is also able to predict the wall-shear-stress and wall-pressure fields using the velocity-fluctuation fields at $y^+ = 50$ with around 10% error in the intensity of the corresponding fluctuations at both $Re_{\tau} = 180$ and $550$. These results are an encouraging starting point to develop neural-network-based approaches for modelling turbulence near the wall in large-eddy simulations.


翻译:本研究的目的是评估以变压为基础的神经网络在动荡的开放通道流中预测墙壁数量的能力。 第一次测试是通过培训一个全变速网络(FCN)来进行, 以预测位于距离墙壁更远的内尺度墙正常位置 $y<unk> rm 目标} 美元 的2D速流场。 FCN的预测与拟议的 R- Net 结构的预测相比。 由于R- Net 模型被认为比FCN 模型运行得更好, 以预测位于内部墙壁正常位置的 2D 速流场 。 在距墙壁更远的地方, 抽样的2D 速流区 ${rm= 目标} 美元 。 数据集来自位于离墙壁壁壁更远的地方, 美元 美元 = 输入 美元= 美元 输入 = 美元= 美元 = 美元 美元 的开放频道流流 = 180美元 和 550美元 。 R- 流流 的波动域域, 以各种内部的 R- hal- drodral 流流 流 速度 运行 运行 运行 使用50 水平 的自我压力 和 水平 10- hal- hold- dal- dow 地 的 和 水平 水平 水平 水平 和 水平 的 水平 水平 水平 水平 的 的 的 和 和 水平 水平 的 的 水平 和 的 水平 水平 水平 水平 和 水平 水平 水平 的 的 和 的 水平 水平 的 的 和 方向 的 的 的 和 的 的 方向 的 的 的 的 的 的 的 和 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 和 和 和 的 的 的 的 的 的 和 的 的 的 和 和 和 和 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 和 和 和 方向的 的 的 的 的 的 的 </s>

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