物理学 > 流体动力学
[提交于 2025年6月5日
(v1)
,最后修订 2025年6月12日 (此版本, v2)]
标题: 不确定性量化与神经算子的稳定性用于三维湍流预测
标题: Uncertainty quantification and stability of neural operators for prediction of three-dimensional turbulence
摘要: 湍流因其混沌、多尺度的性质以及高昂的计算成本,给数值模拟带来了挑战。 传统的湍流建模方法通常在精度和长期稳定性方面存在问题。 最近的科学机器学习(SciML)模型,例如傅里叶神经算子(FNO),在求解偏微分方程(PDE)方面展现出潜力,但通常局限于一步预测,并且在长时间范围内往往表现不佳,尤其是在三维湍流情况下。 本研究提出了一种框架来评估神经算子模型在湍流流动中的可靠性。 以三维强迫同质各向同性湍流(HIT)作为基准,我们从不确定性量化(UQ)、误差传播以及初始扰动敏感性等方面评估了这些模型。 使用误差分布分析和自相关函数(ACF)等统计工具来评估预测的鲁棒性和时间一致性。 我们提出的模型——因子隐式FNO(F-IFNO),通过在预测过程中引入隐式分解,提高了长期稳定性和准确性。 它在平衡准确度、稳定性与效率方面优于常规的大涡模拟(LES)和其他基于FNO的模型。 结果强调了在开发用于湍流系统的鲁棒神经算子框架时,预测约束、时间间隔选择以及不确定性量化的重要性。
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