Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation by the numerical solution of the Navier-Stokes equations is an essential tool in a wide range of applications from engineering design to climate modeling. However, the computational cost and memory demand required by CFD codes may become very high for flows of practical interest, such as in aerodynamic shape optimization. This expense is associated with the complexity of the fluid flow governing equations, which include non-linear partial derivative terms that are of difficult solution, leading to long computational times and limiting the number of hypotheses that can be tested during the process of iterative design. Therefore, we propose DeepCFD: a convolutional neural network (CNN) based model that efficiently approximates solutions for the problem of non-uniform steady laminar flows. The proposed model is able to learn complete solutions of the Navier-Stokes equations, for both velocity and pressure fields, directly from ground-truth data generated using a state-of-the-art CFD code. Using DeepCFD, we found a speedup of up to 3 orders of magnitude compared to the standard CFD approach at a cost of low error rates.


翻译:纳维-斯托克方程式(CFD)的数值解算计算流体动态模拟(CFD)是从工程设计到气候建模等一系列应用中的一个基本工具,但是,CFD代码对于实际感兴趣的流动(如空气动力形状优化)所要求的计算成本和内存需求可能变得非常高,这与流体流调节方程式的复杂性有关,其中包括非线性部分衍生物条件,这些条件难以解决,导致计算时间过长,并限制在迭代设计过程中可以测试的假设数量。因此,我们提议,DeepCFD:基于共振神经网络的模型,能够有效地近似非单向稳定弧圆流问题的解决办法。拟议的模型能够学习关于速度和压力字段的纳维-斯托克斯方程式的完整解决方案,直接来自使用州级CFD代码生成的地面真相数据。我们用深CFD,发现在低成本方法下,速度高达3级级,比标准CFDD方针的低误率方法高出3级。

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