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以流體力學(xué)深度學(xué)習(xí)技術(shù)為背景，結(jié)合課題組近期研究結(jié)果，探討了流體力學(xué)深度學(xué)習(xí)建模技術(shù)及其最新進(jìn)展。首先，對(duì)深度學(xué)習(xí)技術(shù)所涉及的基本理論做了介紹，闡釋流場(chǎng)建模中常用深度學(xué)習(xí)方法背后的數(shù)學(xué)原理。其次，分別對(duì)流體力學(xué)控制方程、流場(chǎng)重構(gòu)、特征量建模和應(yīng)用等幾個(gè)典型的人工智能與流體力學(xué)交叉問(wèn)題應(yīng)用場(chǎng)景所涉及的深度學(xué)習(xí)技術(shù)研究進(jìn)展進(jìn)行了介紹。最后，探討了流體力學(xué)深度學(xué)習(xí)建模技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

什么是 CFD 建模與仿真 計(jì)算流體力學(xué)（CFD）使用納維-斯托克斯方程（包括五個(gè)偏微分方程）來(lái)模擬流體的流動(dòng)。這些方程利用計(jì)算機(jī)資源在虛擬環(huán)境中對(duì)流體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行近似計(jì)算。

可以對(duì)潤(rùn)滑劑的流體流動(dòng)行為進(jìn)行建模，并且對(duì)此類模型的研究描述了潤(rùn)滑劑的特性和流體動(dòng)力學(xué)。 讓我們看一下摩擦學(xué)中使用的模型，稱為賓漢塑性模型。 使用流體動(dòng)力剪切應(yīng)力表征賓漢塑性模型 潤(rùn)滑脂被廣泛用作潤(rùn)滑劑，賓厄姆模型是通常用于描述潤(rùn)滑脂行為的模型。該模型的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是雷諾方程。使用該模型可以預(yù)測(cè)軸承行為和核心形成。

文章結(jié)合課題組近期研究探討了流體力學(xué)深度學(xué)習(xí)建模技術(shù)的最新進(jìn)展。當(dāng)前學(xué)術(shù)界關(guān)于流體力學(xué)與深度學(xué)習(xí)技術(shù)的交叉研究可以概括為以下三個(gè)方面：1. 對(duì)流體力學(xué)控制方程的學(xué)習(xí)通過(guò)從偏微分方程的數(shù)學(xué)求解出發(fā)，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輔助求解。主要可分為兩個(gè)思路：以偏微分方程整體為目標(biāo)進(jìn)行學(xué)習(xí)，以及只對(duì)雷諾應(yīng)力等部分項(xiàng)進(jìn)行的學(xué)習(xí)。

層流 均勻、均勻且有序的流體流動(dòng)被認(rèn)為是層流。層流本質(zhì)上是確定性的。層流的未來(lái)行為可以根據(jù)較早時(shí)間的流動(dòng)特性知識(shí)來(lái)預(yù)先確定。即使在流動(dòng)中存在不規(guī)則和擾動(dòng)，平均層流運(yùn)動(dòng)是在一個(gè)方向上的。 粘性流體的均勻?qū)恿骺梢?em>建模為包含不同且穩(wěn)定的層的流體流。每一層都以相同的方向在另一層之上移動(dòng)。頂層以最高速度移動(dòng)，粘附在邊界上的層以最低速度流動(dòng)。內(nèi)部摩擦是速度差異的原因。粘度用作流體內(nèi)部摩擦的量度。

完成本課程后，你將能夠?qū)I(yè)地使用SAP2000和Perform3D設(shè)計(jì)、建模、分析和評(píng)估粘滯流體阻尼器。**目標(biāo)學(xué)員**- 希望專攻抗震保護(hù)的土木和結(jié)構(gòu)工程師- 對(duì)高級(jí)結(jié)構(gòu)建模和阻尼系統(tǒng)感興趣的工程專業(yè)學(xué)生

大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題都涉及湍流，由于其不穩(wěn)定和不確定的特性，湍流最難建模。對(duì)湍流進(jìn)行準(zhǔn)確建模仍然是工程師正在積極解決的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。不過(guò)，現(xiàn)在他們可以利用Ansys Fluent來(lái)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。Ansys Fluent軟件是業(yè)界領(lǐng)先的流體仿真工具，以其先進(jìn)的物理建模功能和高精度著稱。Fluent軟件是工程師的強(qiáng)大工具，可為復(fù)雜的流體仿真問(wèn)題提供高效準(zhǔn)確的解決方案。

什么是 CFD 建模與仿真計(jì)算流體力學(xué)（CFD）使用納維-斯托克斯方程（包括五個(gè)偏微分方程）來(lái)模擬流體的流動(dòng)。這些方程利用計(jì)算機(jī)資源在虛擬環(huán)境中對(duì)流體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行近似計(jì)算。CFD 仿真能夠使用特定的模型來(lái)補(bǔ)充應(yīng)用的物理屬性，進(jìn)而預(yù)測(cè)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。CFD 建模和仿真結(jié)果通常使用實(shí)驗(yàn)或文獻(xiàn)值進(jìn)行驗(yàn)證。

，是首先要做的工作，對(duì)于一些簡(jiǎn)單的流體域，可以使用三維建模軟件進(jìn)行直接建模，對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使用三維軟件直接建模就顯得力不從心了，這個(gè)時(shí)候就需要使用到ANSYS SpaceCliam對(duì)幾何模型就行流體域的抽取。

2、建立幾何與流域的模型 進(jìn)行流動(dòng)分析的對(duì)象需進(jìn)行建模。一般涉及CAD軟件幾何造型。付出合理的努力進(jìn)行分析需要進(jìn)行幾何模型近似與簡(jiǎn)化。于此同時(shí)，應(yīng)該對(duì)實(shí)施仿真的流域范圍做一個(gè)確定。流域的部分邊界應(yīng)與幾何模型曲面保持一致。其他曲面是自由邊界，在自由邊界上，流體流入或者流出。幾何模型和流域以這樣的方式建模，然后用于網(wǎng)格生成。

• 基于流體單元的體積引入流體質(zhì)量 為靜水壓流體設(shè)置KEYOPT(5)=1，如果體積變?yōu)樨?fù)，則不加質(zhì)量。 • 定義流體壓縮類型 為靜水壓流體設(shè)置KEYOPT(6)=0來(lái)建模可壓縮流體（默認(rèn)），或KEYOPT(6)=1來(lái)建模不可壓縮流體。

由于“壁附著”效應(yīng)（也稱為“柯恩達(dá)”效應(yīng)），流體從會(huì)聚噴嘴流出并附著到腔室的壁側(cè)。水流濺到墻上并填充反饋通道。反饋路徑中的流體擾動(dòng)射流并迫使其附著到另一面壁上。同樣的事情在另一個(gè)分支中重復(fù)，導(dǎo)致輸出射流開(kāi)始掃掠。一、CAD建模在網(wǎng)上搜索"Fluid oscillator”關(guān)鍵字可以找到很多現(xiàn)有的流體振蕩器的設(shè)計(jì)，以下圖為例，在Creo中建模。

在Simcenter STAR-CCM+中，可以使用DFBI模型對(duì)代表閥門(mén)的質(zhì)量彈簧阻尼器系統(tǒng)進(jìn)行建模，但由于這涉及網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)，計(jì)算量會(huì)變得比較大（時(shí)間步長(zhǎng)和網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性考慮），特別是當(dāng)模擬不主要關(guān)注閥門(mén)開(kāi)閉的過(guò)程而是關(guān)注閥門(mén)打開(kāi)后流體的擴(kuò)散時(shí)，運(yùn)用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)來(lái)實(shí)際模擬閥門(mén)的運(yùn)動(dòng)就不太容易工程化。 在這篇文章中，提出了一種更簡(jiǎn)單的方法，使用多孔介質(zhì)模型來(lái)近似閥門(mén)的行為。

我們的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)解決方案是履行這一承諾的重要組成部分。憑借業(yè)界領(lǐng)先的網(wǎng)格劃分方法，以及強(qiáng)大的求解器和后處理功能，您很快就會(huì)將計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)視為“Cadence 流體動(dòng)力學(xué)”。Cadence 現(xiàn)在通過(guò)收購(gòu) OpenEye 將計(jì)算軟件的核心競(jìng)爭(zhēng)力擴(kuò)展到分子建模和模擬。

為了節(jié)約計(jì)算成本且保證計(jì)算準(zhǔn)確度，本案例提出了不同尺度區(qū)域分開(kāi)建模再耦合的方法進(jìn)行CFD仿真，分區(qū)如圖2所示。

1.2 數(shù)學(xué)模型 對(duì)疏水管道內(nèi)流體進(jìn)行建模時(shí)，考慮到主蒸汽管道入口為過(guò)熱蒸汽，出口不考慮截止閥后流體流動(dòng)時(shí)也可近似為過(guò)熱蒸汽。由于流速較低，可視為不可壓縮流體。湍流采用雷諾平均控制方程的Favre方法建模[13]。

幾何建模與處理1.1 幾何導(dǎo)入與預(yù)處理啟動(dòng)SpaceClaim模塊 在ANSYS Workbench中創(chuàng)建新項(xiàng)目，拖拽 “fluid flow(fluent)”模塊至項(xiàng)目流程圖。右鍵選擇“edit Geometry in SpaceClaim ”進(jìn)入幾何建模界面。

模擬 Oldroyd-B 聚合物中的表面張力效應(yīng)我們的示例模型是從建立一條長(zhǎng)的、未拉伸的 Oldroyd-B 流體細(xì)絲開(kāi)始的。細(xì)絲被建模為一個(gè)初始半徑有小幅擾動(dòng)的液體圓柱體，流動(dòng)被建模為軸對(duì)稱。Oldroyd-B 流體被建模為聚合物在牛頓液體中的稀溶液。

2.流體仿真建模工具HyperMesh CFD 和結(jié)構(gòu)有限元建模工具 HyperMesh 是基于相同的平臺(tái)開(kāi)發(fā)，并集成了虛擬風(fēng)洞模塊VWT，主要用于空氣動(dòng)力學(xué)、氣動(dòng)噪聲的建模，并集成了 CFD post 工具，以及流致噪聲信號(hào)處理。

適用于結(jié)構(gòu)、流體、熱力學(xué)、聲學(xué)或多物理場(chǎng)耦合等優(yōu)化。