Skip to main content

2023 | OriginalPaper | Buchkapitel

Comparison of Prediction Accuracy Between Interpolation and Artificial Intelligence Application of CFD Data for 3D Cavity Flow

verfasst von : M. Diederich, L. Di Bartolo, A. C. Benim

Erschienen in: Frontiers in Industrial and Applied Mathematics

Verlag: Springer Nature Singapore

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

Das Kapitel vertieft sich in den Vergleich der Vorhersagegenauigkeit zwischen Interpolation und KI-Techniken für 3D-Kavitätenflüsse unter Verwendung von CFD-Daten. Es beginnt mit der Einführung der parallelen Entwicklungen in KI und CFD, gefolgt von einem detaillierten Testfall mit einem 3D-Kavitätenproblem und experimentellen Daten. Das Kapitel untersucht dann die mathematische und numerische Strömungsmodellierung mit ANSYS Fluent und entwickelt zwei Ansätze: ein einfaches Interpolationsmodell und ein fortgeschrittenes KI-Modell mit Keras. Die Genauigkeit dieser Modelle wird quantitativ anhand von zwei Fehlerberechnungen bewertet, und die Ergebnisse zeigen, dass beide Modelle bei höheren Reynolds-Zahlen gut abschneiden, während das Interpolationsmodell den KI-Ansatz bei niedrigeren Reynolds-Zahlen übertrifft. Das Kapitel schließt mit einem Vergleich der Geschwindigkeitsprofile entlang von Traversallinien und diskutiert zukünftige Entwicklungen für ein Aufsichtsinstrument, das Vorhersagen vergleicht und kleinere Untermodelle für Gebiete mit signifikanten Unterschieden bildet.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Chollet, F.: Deep Learning mit Python und Keras Das Praxis-Handbuch. MITP Verlag, Frechen (2018) Chollet, F.: Deep Learning mit Python und Keras Das Praxis-Handbuch. MITP Verlag, Frechen (2018)
2.
Zurück zum Zitat Vargas, R., Misavi, A., Ruiz, R.: Deep learning: a review. Adv. Intell. Syst. Comput. 2018100218 (2018) Vargas, R., Misavi, A., Ruiz, R.: Deep learning: a review. Adv. Intell. Syst. Comput. 2018100218 (2018)
3.
Zurück zum Zitat Selle, S.: Künstliche Neuronale Netzwerke und Deep Learning. Lecture in University of Applied Sciences Business School (2018) Selle, S.: Künstliche Neuronale Netzwerke und Deep Learning. Lecture in University of Applied Sciences Business School (2018)
4.
Zurück zum Zitat Benim, A.C., Iqbal, S., Joos, F., Wiedermann, A.: Numerical analysis of turbulent combustion in a model swirl gas turbine combustor. J. Combust., Article ID 2572035 (2016) Benim, A.C., Iqbal, S., Joos, F., Wiedermann, A.: Numerical analysis of turbulent combustion in a model swirl gas turbine combustor. J. Combust., Article ID 2572035 (2016)
5.
Zurück zum Zitat Pfeiffelmann, B., Benim, A.C., Joos, F.: A finite volume analysis of thermoelectric generators. Heat Transfer Eng. 40(17–18), 1442–1450 (2019)CrossRef Pfeiffelmann, B., Benim, A.C., Joos, F.: A finite volume analysis of thermoelectric generators. Heat Transfer Eng. 40(17–18), 1442–1450 (2019)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Cagan, M., Benim, A.C., Gunes, D.: Computational analysis of gas turbine preswirl system operation characteristics. WSEAS Trans. Fluid Mech. 4(4), 117–126 (2009) Cagan, M., Benim, A.C., Gunes, D.: Computational analysis of gas turbine preswirl system operation characteristics. WSEAS Trans. Fluid Mech. 4(4), 117–126 (2009)
7.
Zurück zum Zitat Benim, A.C., Pfeiffelmann, B., Oclon, P., Taler, J.: Computational investigation of a lifted hydrogen flame with LES and FGM. Energy 173, 1172–1181 (2019)CrossRef Benim, A.C., Pfeiffelmann, B., Oclon, P., Taler, J.: Computational investigation of a lifted hydrogen flame with LES and FGM. Energy 173, 1172–1181 (2019)CrossRef
8.
Zurück zum Zitat Benim, A.C., Diederich, M., Gül, F., Oclon, P., Taler, J.: Computational and experimental investigation of the aerodynamics and aeroacoustics of a small wind turbine with quasi-3D optimization. Energy Convers. Manage. 177, 143–149 (2018)CrossRef Benim, A.C., Diederich, M., Gül, F., Oclon, P., Taler, J.: Computational and experimental investigation of the aerodynamics and aeroacoustics of a small wind turbine with quasi-3D optimization. Energy Convers. Manage. 177, 143–149 (2018)CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Andrews, A.: Progress and challenges in the application of artificial intelligence to computational fluid dynamics. AIAA J. 26(1), 40–46 (1988)CrossRef Andrews, A.: Progress and challenges in the application of artificial intelligence to computational fluid dynamics. AIAA J. 26(1), 40–46 (1988)CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Wang, B., Wang, J.: Application of artificial intelligence in computational fluid dynamics. Ind. Eng. Chem. Res. 60(7), 2772–2790 (2021)CrossRef Wang, B., Wang, J.: Application of artificial intelligence in computational fluid dynamics. Ind. Eng. Chem. Res. 60(7), 2772–2790 (2021)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Usman, A., Muhammad, R., Muhammad, S., Ali, N.: Machine learning computational fluid dynamics. Swedish Artificial Intelligence Society Workshop (SAIS), pp. 46–49. IEEE (2021) Usman, A., Muhammad, R., Muhammad, S., Ali, N.: Machine learning computational fluid dynamics. Swedish Artificial Intelligence Society Workshop (SAIS), pp. 46–49. IEEE (2021)
12.
Zurück zum Zitat Kochkov, D., Smith, J.A., Aliyeva, A., Wang, Q., Brenner, M.P., Hoyer, S.: Machine learning–accelerated computational fluid dynamics. PNAS 118(21), e2101784118 (2021)CrossRef Kochkov, D., Smith, J.A., Aliyeva, A., Wang, Q., Brenner, M.P., Hoyer, S.: Machine learning–accelerated computational fluid dynamics. PNAS 118(21), e2101784118 (2021)CrossRef
14.
Zurück zum Zitat Panwar, V., Vandrangi, S.K., Emani, S.: Artificial intelligence-based computational fluid dynamics approaches. Hybrid Comput. Intell. 8, 173–190 (2020)CrossRef Panwar, V., Vandrangi, S.K., Emani, S.: Artificial intelligence-based computational fluid dynamics approaches. Hybrid Comput. Intell. 8, 173–190 (2020)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Rojek, K., Wyrzykowski, R., Gepner, P.: AI-accelerated CFD simulation based on OpenFOAM and CPU/GPU computing. In: Paszynski, M., Kranzlmüller, D., Krzhizhanovskaya, V.V., Dongarra, J.J., Sloot, P.M.A. (eds.) Computational Science—ICCS 2021, pp. 373–385. Springer, Berlin (2021)CrossRef Rojek, K., Wyrzykowski, R., Gepner, P.: AI-accelerated CFD simulation based on OpenFOAM and CPU/GPU computing. In: Paszynski, M., Kranzlmüller, D., Krzhizhanovskaya, V.V., Dongarra, J.J., Sloot, P.M.A. (eds.) Computational Science—ICCS 2021, pp. 373–385. Springer, Berlin (2021)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat Chinesta, F., Cueto, E., Grmela, M., Moya, B., Pavelka, M., Sipka, M.: Learning physics from data: a thermodynamic interpretation. In: Barbaresco, F., Nielsen, F. (eds.) Geometric Structures of Statistical Physics, Information Geometry, and Learning, pp. 267–297. Springer, Berlin (2021)MATH Chinesta, F., Cueto, E., Grmela, M., Moya, B., Pavelka, M., Sipka, M.: Learning physics from data: a thermodynamic interpretation. In: Barbaresco, F., Nielsen, F. (eds.) Geometric Structures of Statistical Physics, Information Geometry, and Learning, pp. 267–297. Springer, Berlin (2021)MATH
17.
Zurück zum Zitat Alfaro, I., Gonzalez, D., Zlotnik, S., Diez, P., Cueto, E., Chinesta, F.: An error estimator for real-time simulators based on model order reduction. Adv. Model. Simul. Eng. Sci 2, Article 30 (2015) Alfaro, I., Gonzalez, D., Zlotnik, S., Diez, P., Cueto, E., Chinesta, F.: An error estimator for real-time simulators based on model order reduction. Adv. Model. Simul. Eng. Sci 2, Article 30 (2015)
18.
Zurück zum Zitat Ghnatios, C., El Haber, G., Duval, J.-L., Zoane, M., Chinesta, F.: Artificial intelligence based space reduction of structural nodels. SAFORM 2021 (2021) Ghnatios, C., El Haber, G., Duval, J.-L., Zoane, M., Chinesta, F.: Artificial intelligence based space reduction of structural nodels. SAFORM 2021 (2021)
19.
Zurück zum Zitat Hernández, Q., Badias, A., Gonzalez, D., Chinesta, F., Cueto, E.: Deep learning of thermodynamics-aware reduced-order models from data. Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 379(4), 113763 (2021)CrossRefMATH Hernández, Q., Badias, A., Gonzalez, D., Chinesta, F., Cueto, E.: Deep learning of thermodynamics-aware reduced-order models from data. Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 379(4), 113763 (2021)CrossRefMATH
20.
Zurück zum Zitat Hamzi, B., Owhadi, H.: Learning dynamical systems from data: a simple cross-validation perspective, part I: Parametric kernel flows. Physica D 421(3), 132817 (2021)CrossRefMATH Hamzi, B., Owhadi, H.: Learning dynamical systems from data: a simple cross-validation perspective, part I: Parametric kernel flows. Physica D 421(3), 132817 (2021)CrossRefMATH
23.
Zurück zum Zitat Champaney, V., Sancarlos, A., Chinesta, F., Cueto, E., Gonzalez, D., Alfaro, I., Guevelou, S., Duvalm J. L., Chambard, A., Mourguew P.: Hybrid twins—a highway towards a performance-based engineering. Part I: Advanced model order reduction enabling real-time Physics. ESAFORM 2021 (2021) Champaney, V., Sancarlos, A., Chinesta, F., Cueto, E., Gonzalez, D., Alfaro, I., Guevelou, S., Duvalm J. L., Chambard, A., Mourguew P.: Hybrid twins—a highway towards a performance-based engineering. Part I: Advanced model order reduction enabling real-time Physics. ESAFORM 2021 (2021)
24.
Zurück zum Zitat Cueto, E., Gonzalez, D., Badias, A., Chinesta, F., Hascoet, N., Duval, J.-L.: Hybrid Twins. Part II. Real-time, data-driven modeling. ESAFORM 2021 (2021) Cueto, E., Gonzalez, D., Badias, A., Chinesta, F., Hascoet, N., Duval, J.-L.: Hybrid Twins. Part II. Real-time, data-driven modeling. ESAFORM 2021 (2021)
25.
Zurück zum Zitat Moya, B., Badias, A., Alfaro, I, Chinesta, F., Cueto, E.: Digital twins that learn and correct themselves. Int. J. Numer. Methods Eng., 1–11 (2020) Moya, B., Badias, A., Alfaro, I, Chinesta, F., Cueto, E.: Digital twins that learn and correct themselves. Int. J. Numer. Methods Eng., 1–11 (2020)
26.
Zurück zum Zitat Abali, B.E., Savaş, Ö.: Experimental validation of computational fluid dynamics for solving isothermal and incompressible viscous fluid flow. SN Appl. Sci. 2, 1500 (2020)CrossRef Abali, B.E., Savaş, Ö.: Experimental validation of computational fluid dynamics for solving isothermal and incompressible viscous fluid flow. SN Appl. Sci. 2, 1500 (2020)CrossRef
Metadaten
Titel
Comparison of Prediction Accuracy Between Interpolation and Artificial Intelligence Application of CFD Data for 3D Cavity Flow
verfasst von
M. Diederich
L. Di Bartolo
A. C. Benim
Copyright-Jahr
2023
Verlag
Springer Nature Singapore
DOI
https://doi.org/10.1007/978-981-19-7272-0_35

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.