Publicacions
>
Article

Machine learning mesh-adaptation for laminar and turbulent flows: applications to high-order discontinuous Galerkin solvers

Publicat a:Engineering With Computers. 40 (5): 2947-2969 - 2024-10-01 40(5), DOI: 10.1007/s00366-024-01950-y

Autors: Tlales, K; Otmani, KE; Ntoukas, G; Rubio, G; Ferrer, E

Afiliacions

Resum

We present a machine learning-based mesh refinement technique for steady and unsteady incompressible flows. The clustering technique proposed by Otmani et al. (Phys Fluids 35(2):027112, 2023) is used to mark the viscous and turbulent regions for the flow past a cylinder at Re=40\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$Re=40$$\end{document} (steady laminar flow), at Re=100\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$Re=100$$\end{document} (unsteady laminar flow), and at Re=3900\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$Re=3900$$\end{document} (unsteady turbulent flow). Within this clustered region, we use high mesh resolution, while downgrading the resolution outside, to show that it is possible to obtain levels of accuracy similar to those obtained when using a uniformly refined mesh. The mesh adaptation is effective, as the clustering successfully identifies the two flow regions, a viscous/turbulent dominated region (including the boundary layer and wake) that requires high resolution and an inviscid/irrotational region, which only requires low resolution. The new clustering sensor is compared with traditional feature-based sensors (Q-criterion and vorticity based) commonly used for mesh adaptation. Unlike traditional sensors that rely on problem-dependent thresholds, our novel approach eliminates the need for such thresholds and locates the regions that require adaptation. After the initial validation using flows past cylinders, the clustering technique is applied in an engineering context to study the flow around a horizontal axis wind turbine configuration which has been tested experimentally at the Norwegian University of Science and Technology. The data used within this framework are generated using a high-order discontinuous Galerkin solver, allowing to locally refine the polynomial order (p-refinement) in each element of the clustered region. For the laminar test cases, we can reduce the computational cost by 32% (steady Re=40\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$Re=40$$\end{document} case) and 20% (unsteady Re=100\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$Re=100$$\end{document} case), while we get a reduction of 33% for the Re=3900\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$Re=3900$$\end{document} turbulent case. In the context of the wind turbine, a reduction of 43% in computational cost is observed, while maintaining the accuracy.

Paraules clau

Circular-cylinderClusteringDiscontinuous galerkinDynamicsErrorsLarge eddy simulationLarge-eddy simulationMachine learningMesh refinementNavier-stokes equationsNavier–stokes equationsRefinementSteadyStrategiesTruncationUnsupervised learningWake

Indicis de qualitat

Impacte bibliomètric. Anàlisi de la contribució i canal de difusió

El treball ha estat publicat a la revista Engineering With Computers a causa de la seva progressió i el bon impacte que ha aconseguit en els últims anys, segons l'agència WoS (JCR), s'ha convertit en una referència en el seu camp. A l'any de publicació del treball, 2024 encara no hi ha indicis calculats, però el 2023, es trobava a la posició 15/170, aconseguint així situar-se com a revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoria Computer Science, Interdisciplinary Applications. Destacable, igualment, el fet que la revista està posicionada per sobre del Percentil 90.

Independentment de l'impacte esperat determinat pel canal de difusió, és important destacar l'impacte real observat de la pròpia aportació.

Segons les diferents agències d'indexació, el nombre de citacions acumulades per aquesta publicació fins a la data 2025-06-02:

  • Google Scholar: 12
  • WoS: 3
  • Scopus: 9

Impacte i visibilitat social

Des de la dimensió d'influència o adopció social, i prenent com a base les mètriques associades a les mencions i interaccions proporcionades per agències especialitzades en el càlcul de les denominades "Mètriques Alternatives o Socials", podem destacar a data 2025-06-02:

  • L'ús d'aquesta aportació en marcadors, bifurcacions de codi, afegits a llistes de favorits per a una lectura recurrent, així com visualitzacions generals, indica que algú està fent servir la publicació com a base del seu treball actual. Això pot ser un indicador destacat de futures cites més formals i acadèmiques. Aquesta afirmació està avalada pel resultat de l'indicador "Capture", que aporta un total de: 12 (PlumX).

Amb una intenció més de divulgació i orientada a audiències més generals, podem observar altres puntuacions més globals com:

    És fonamental presentar evidències que recolzin l'alineació plena amb els principis i directrius institucionals sobre Ciència Oberta i la Conservació i Difusió del Patrimoni Intel·lectual. Un clar exemple d'això és:

    • El treball s'ha enviat a una revista la política editorial de la qual permet la publicació en obert Open Access.
    • Assignació d'un Handle/URN com a identificador dins del Dipòsit en el Repositori Institucional: https://oa.upm.es/86474/

    Com a resultat de la publicació del treball en el repositori institucional, s'han obtingut dades estadístiques d'ús que reflecteixen el seu impacte. En termes de difusió, podem afirmar que, fins a la data

    • Visualitzacions: 40
    • Descàrregues: 8

    Anàlisi del lideratge dels autors institucionals

    Hi ha un lideratge significatiu, ja que alguns dels autors pertanyents a la institució apareixen com a primer o últim signant, es pot apreciar en el detall: Primer Autor (TLALES, KENZA) i Últim Autor (FERRER VACCAREZZA, ESTEBAN).

    l'autor responsable d'establir les tasques de correspondència ha estat Rubio, G.