The predictive capabilities of turbulent flow simulations, critical for aerodynamic design and weather prediction, hinge on the choice of turbulence models. The abundance of data from experiments and simulations and the advent of machine learning have provided a boost to these modeling efforts. However, simulations of turbulent flows remain hindered by the inability of heuristics and supervised learning to model the near-wall dynamics. We address this challenge by introducing scientific multi-agent reinforcement learning (SciMARL) for the discovery of wall models for large-eddy simulations (LES). In SciMARL, discretization points act also as cooperating agents that learn to supply the LES closure model. The agents self-learn using limited data and generalize to extreme Reynolds numbers and previously unseen geometries. The present simulations reduce by several orders of magnitude the computational cost over fully-resolved simulations while reproducing key flow quantities. We believe that SciMARL creates new capabilities for the simulation of turbulent flows.


翻译:对空气动力设计和天气预测至关重要的动荡流模拟的预测能力取决于动荡模型的选择。来自实验和模拟的大量数据以及机器学习的到来推动了这些建模工作。然而,动荡流的模拟仍然由于疲劳学和受监督的学习无法模拟近墙动态而受阻。我们通过采用科学多试剂强化学习(SciMARL)来应对这一挑战,以发现大型地震模拟(LES)的墙模型。在SciMARL中,离散点也起到合作剂的作用,学习提供LES封闭模型。代理器利用有限的数据自我读取,并概括到极端的Reynolds数字和以前看不见的地理特征。目前的模拟将完全溶解模拟的计算成本减少若干级,同时再生关键流量量。我们认为SciMARL为模拟动荡流创造了新的能力。

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