Physics Informed Neural Networks (PINNs) are shown to be a promising method for the approximation of Partial Differential Equations (PDEs). PINNs approximate the PDE solution by minimizing physics-based loss functions over a given domain. Despite substantial progress in the application of PINNs to a range of problem classes, investigation of error estimation and convergence properties of PINNs, which is important for establishing the rationale behind their good empirical performance, has been lacking. This paper presents convergence analysis and error estimates of PINNs for a multi-physics problem of thermally coupled incompressible Navier-Stokes equations. Through a model problem of Beltrami flow it is shown that a small training error implies a small generalization error. Posteriori convergence rates of total error with respect to the training residual and collocation points are presented. This is of practical significance in determining appropriate number of training parameters and training residual thresholds to get good PINNs prediction of thermally coupled steady state laminar flows. These convergence rates are then generalized to different spatial geometries as well as to different flow parameters that lie in the laminar regime. A pressure stabilization term in the form of pressure Poisson equation is added to the PDE residuals for PINNs. This physics informed augmentation is shown to improve accuracy of the pressure field by an order of magnitude as compared to the case without augmentation. Results from PINNs are compared to the ones obtained from stabilized finite element method and good properties of PINNs are highlighted.


翻译:PINN通过将物理损失功能降到最低程度,从而接近PDE解决方案。尽管在对一系列问题分类应用PINN方面取得了很大进展,但是对PINN的误差估计和趋同特性的调查一直缺乏,这对确定其良好实证业绩的理由很重要。本文介绍了PINN对部分差异性平方(PDEs)多物理问题的综合分析和误差估计。通过Beltrami流的模型问题,PINNs接近PDE的解决方案。尽管在对一系列问题分类应用PINNs时取得了很大进展,但PINNs的误差估计和趋同特性对于确定其良好实证性能的正确性能至关重要。这些趋同率随后被广泛化为不同的空间地貌和不同空间地貌的不压缩导航-斯托克等值。 相对于硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性的硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性的硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性的硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性能。

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