Model order reduction through the POD-Galerkin method can lead to dramatic gains in terms of computational efficiency in solving physical problems. However, the applicability of the method to non linear high-dimensional dynamical systems such as the Navier-Stokes equations has been shown to be limited, producing inaccurate and sometimes unstable models. This paper proposes a closure modeling approach for classical POD-Galerkin reduced order models (ROM). We use multi layer perceptrons (MLP) to learn a continuous in time closure model through the recently proposed Neural ODE method. Inspired by Taken's theorem as well as the Mori-Zwanzig formalism, we augment ROMs with a delay differential equation architecture to model non-Markovian effects in reduced models. The proposed model, called CD-ROM (Complementary Deep-Reduced Order Model) is able to retain information from past states of the system and use it to correct the imperfect reduced dynamics. The model can be integrated in time as a system of ordinary differential equations using any classical time marching scheme. We demonstrate the ability of our CD-ROM approach to improve the accuracy of POD-Galerkin models on two CFD examples, even in configurations unseen during training.


翻译:通过POD-Galerkin 方法的模型减少可导致在解决物理问题的计算效率方面大幅提高计算效率,然而,该方法对Navier-Stokes等方程式等非线性高维动态系统的适用性有限,产生了不准确和有时不稳定的模型。本文件建议对古典POD-Galerkin 减少订单模型(ROM)采用关闭模式方法;我们使用多层透视器(MLP)通过最近提议的Neural ODE方法学习一个连续的时间关闭模式。在Take的理论和Mori-Zwanzig形式主义的启发下,我们用延迟差分方程式来增加ROMs,以模拟减少模型中的非Markovian效应。拟议的模型,即称为CD-ROM(补充深调顺序模型),能够保留系统过去各州的信息,并用它来纠正不完善的减少的动态。该模型可以及时整合成一个普通差异方程式系统,使用任何经典的时间推进计划。我们展示了我们的CD-ROM模式在光盘-ROM模型上改进ODG的精确度。

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