It is well known that numerical simulations of high-speed reacting flows, in the framework of state-to-state formulations, are the most detailed but also often prohibitively computationally expensive. In this work, we start to investigate the possibilities offered by the use of machine learning methods for state-to-state approaches to alleviate such burden. In this regard, several tasks have been identified. Firstly, we assessed the potential of state-of-the-art data-driven regression models based on machine learning to predict the relaxation source terms which appear in the right-hand side of the state-to-state Euler system of equations for a one-dimensional reacting flow of a N$_2$/N binary mixture behind a plane shock wave. It is found that, by appropriately choosing the regressor and opportunely tuning its hyperparameters, it is possible to achieve accurate predictions compared to the full-scale state-to-state simulation in significantly shorter times. Secondly, we investigated different strategies to speed-up our in-house state-to-state solver by coupling it with the best-performing pre-trained machine learning algorithm. The embedding of machine learning methods into ordinary differential equations solvers may offer a speed-up of several orders of magnitude but some care should be paid for how and where such coupling is realized. Performances are found to be strongly dependent on the mutual nature of the interfaced codes. Finally, we aimed at inferring the full solution of the state-to-state Euler system of equations by means of a deep neural network completely by-passing the use of the state-to-state solver while relying only on data. Promising results suggest that deep neural networks appear to be a viable technology also for these tasks.


翻译:众所周知,在州与州之间的配方框架内,高速反应流的数字模拟是最详细,但往往令人望而却步的计算费用昂贵。在这项工作中,我们开始调查使用机器学习方法来减轻州与州之间的负担的可能性。在这方面,已经确定了若干任务。首先,我们评估了基于机器学习的州与州之间全面模拟数据驱动回归模型的潜力,以预测州与州之间测序的右侧方方方程式中出现的放松源条件,这些条件出现在州与州之间的异端方程式的一维反应流N_2美元/N二进制组合中。我们发现,通过适当选择回归器和适当调整其超参数,有可能实现准确的预测。第二,我们调查了各种战略,以加快我们内部的州与州之间的通向州之间的手段,将它与最完善前的货币对立方程式的一维度反应流N_2美元/N2美元。 在飞机冲击波波下,我们开始的双向电路端测算结果,在正常的电算中可以找到某种对等式的系统,而最终的测算方法,在正常的对等电算中,从而发现某种对等式的测算方法是如何定位。

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机器学习(Machine Learning)是一个研究计算学习方法的国际论坛。该杂志发表文章,报告广泛的学习方法应用于各种学习问题的实质性结果。该杂志的特色论文描述研究的问题和方法,应用研究和研究方法的问题。有关学习问题或方法的论文通过实证研究、理论分析或与心理现象的比较提供了坚实的支持。应用论文展示了如何应用学习方法来解决重要的应用问题。研究方法论文改进了机器学习的研究方法。所有的论文都以其他研究人员可以验证或复制的方式描述了支持证据。论文还详细说明了学习的组成部分,并讨论了关于知识表示和性能任务的假设。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/ml/
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