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Spatiotemporal wall pressure forecast of a rectangular cylinder with physics-aware DeepUFNet

Created by
  • Haebom

저자

Junle Liu, Chang Liu, Yanyu Ke, Wenliang Chen, Kihing Shum, K. T. Tse, Gang Hu

개요

본 논문은 직사각형 원통 주변 유동의 시공간 벽면 압력 예측을 위한 물리 기반 심층 신경망 모델인 DeepUFNet을 제시한다. DeepUFNet은 UNet 구조와 푸리에 신경망을 결합하고, 고주파 손실 제어를 통해 모델 성능을 향상시킨다. 2차원 직사각형 원통(측면 비율 1.5, 받음각 0도)에 대한 풍동 실험 데이터를 사용하여 모델을 학습 및 테스트하였으며, 시공간 벽면 압력 정보를 높은 정확도로 예측하는 것을 확인하였다. 예측 결과는 실험 데이터와 통계 정보, 시간적 압력 변화, 파워 스펙트럼 밀도, 공간 분포, 시공간 상관관계 측면에서 모두 일치하는 것으로 나타났다. 특히, 물리적 고주파 손실 제어 계수 β를 포함함으로써 고차 주파수 변동과 벽면 압력 분산 예측 성능이 크게 향상되었으며, 희소 공간 정보 입력에 대한 외삽 능력도 만족스러운 수준임을 확인하였다.

시사점, 한계점

시사점:
물리 기반 심층 신경망을 활용하여 시공간 벽면 압력을 정확하게 예측하는 새로운 방법 제시
고주파 손실 제어를 통한 모델 성능 향상 및 고차 주파수 변동 예측 성능 개선
희소 공간 정보를 이용한 외삽 능력 검증
풍동 실험 데이터를 활용한 모델 검증 및 실제 응용 가능성 제시
한계점:
현재 모델은 특정 형상(직사각형 원통, 측면 비율 1.5, 받음각 0도)과 레이놀즈 수에 대해서만 검증됨. 다양한 형상 및 유동 조건에 대한 일반화 가능성 추가 연구 필요.
고주파 손실 제어 계수 β의 최적화 방법에 대한 추가 연구 필요.
실제 현장 적용을 위한 계산 비용 및 실시간 처리 성능 개선 필요.
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