On the construction of an artificial neural network for solving a system of equations Navier–Stokes in the case of incompressible fluid

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The tasks of analyzing and visualizing the dynamics of a viscous incompressible fluid in conditions of complex flow geometry based on traditional grid and projection methods are associated with significant requirements for computer performance to achieve the set goals. To reduce the computational load in solving this class of problems, algorithms for constructing artificial neural networks (ANNs) can be used, using exact solutions of the Navier–Stokes equation system on a given set of spatial regions as training sets. An ANN is implemented to construct flows in areas that are complexes made up of training sets of standard axisymmetric regions (cylinders, balls, etc.). To reduce the amount of calculations in the case of 3-D problems, invariant flow manifolds with smaller dimensions are used. This allows you to identify the detailed structure of solutions. It is established that the typical invariant regions of such flows are rotation figures, in particular, homeomorphic torus, forming the structure of a topological bundle, for example, in a ball, a cylinder and in general complexes composed of such figures. The structures of the flows obtained by approximation by the simplest 3-D vortex unsteady flows are investigated. Classes of exact solutions of the Navier–Stokes system for an incompressible fluid in bounded regions of space based on the superposition of the above topological bundles are distinguished. Comparative computational experiments indicate a significant acceleration of computational work in the case of using the proposed class of ANNs, which allows the use of computing equipment with low performance.

About the authors

V. B. Betelin

Scientific Research Institute for System Analysis

Author for correspondence.
Email: betelin@niisi.msk.ru

Academician of the RAS

Russian Federation

V. A. Galkin

Surgut State University; Surgut Branch of SRISA

Email: val-gal@yandex.ru
Russian Federation, Surgut; Surgut

References

  1. Бетелин В.Б., Галкин В.А. Математические задачи, связанные с искусственным интеллектом и искусственными нейронными сетями // Успехи кибернетики. 2021. Т. 2. № 4. С. 6–14. https://doi.org/10.51790/2712-9942-2021-2-4-1.
  2. Galkin V.A. On a class of exact solutions to the incompressible Navier–Stokes system in a ball and a spherical layer// Comput. Math. Math. Phys. 2023. V. 63. P. 1064–1069. https://doi.org/10.1134/s0965542523060088
  3. Galkin V.A., Dubovik A.O. On One Class of Exact Solutions of the Navier–Stokes System of Equations for an Incompressible Fluid // Math. Models and Comp. Simulations. 2023. V. 15. № 1. P. S78–S85. ISSN 2070-0482. © Pleiades Publishing, Ltd., 2023. Галкин В.А., Дубовик А.О. Об одном классе точных решений системы уравнений Навье–Стокса для несжимаемой жидкости // Математическое моделирование. 2023. Т. 35. № 8. С. 3–13.
  4. Бетелин В.Б., Галкин В.А. Математические и вычислительные проблемы, связанные с образованием структур в сложных системах // Компьютерные исследования и моделирование. 2022. Т. 14. Вып. 4. С. 805–815.
  5. Галкин В.А. Теория функциональных решений квазилинейных систем законов сохранения // Труды семинара имени И.Г. Петровского. 2000. Вып. 20. С. 81–120.
  6. Galkin V.A. Background of mathematical models, based on conservation laws systems // Industrial Mathematics. New Delhi, India: Narosa Publishing House, 2006. P. 159–178.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».