物理学 > 流体动力学
[提交于 2025年1月7日
(v1)
,最后修订 2025年1月8日 (此版本, v2)]
标题: 使用机器学习预测破浪冲击过程中气泡的动态
标题: Predicting the dynamics of a gas pocket during breaking wave impacts using machine learning
摘要: 我们研究了机器学习模型预测当破碎波撞击固体壁时形成的气泡动力学的可行性和准确性。 所提出的ML模型基于卷积长短期记忆结构,并使用实验数据进行训练。 具体而言,它以前冲击前的两个高速摄像机快照作为输入,并输出六个标量,这些标量描述了气泡的动力学特性。 实验是在波浪水槽中进行的,我们使用孤立波——结合地形剖面——在靠近装有动态压力传感器的固体壁处产生波浪破碎。 通过改变水深$h_\ell$和参数$\alpha = A/h_\ell$,其中$A$是孤立波振幅,我们能够生成一系列具有不同气泡大小和波浪运动的独特破碎波。 在这个所谓的波浪生成相空间($h_\ell$,$\alpha$)中,我们对67种不同的波浪状态进行了实验,这些状态构成了我们的数据集。 实验上,我们发现气泡的振荡频率可以归因于初始气体体积加上几何修正,而最大和最小压力在定性上被一维Bagnold模型很好地捕捉到了。 在ML模型方面,我们将它的性能与实验数据进行比较,发现该模型定量地再现了实验中发现的趋势——特别是气泡中的最大和最小压力以及振荡频率。
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