Unsteady optimal control of shear flows based on the discrete and continuous adjoint Navier-Stokes equations.

基于离散和连续伴随纳维-斯托克斯方程的剪切流非定常最优控制。

基本信息

项目摘要

Optimal flow control based on the continuous adjoint has been very successful so far. Nevertheless, this method shows deficiencies for unsteady flow cases at high Reynolds numbers and when models for the non-represented scales are applied. These deficiencies lead to wrong gradient directions during the determination of the minimum of a cost functional and are caused by inconsistencies of the continuous adjoint of the numerically approximated (primal) flow state. As a consequence, only limited control horizons are possible, additionally, all terms in the flow equations of the primal simulation need to be differentiable, which is certainly not the case for all models. Making use of the discrete adjoint offers the possibility to reach machine precision in determining the gradient numerically, based on the calculated primal flow state. For unsteady turbulent flows at high Reynolds numbers this issue has not been investigated in depth. Although the discrete approach is exact based on the numerical (i.e. discrete primal) flow solution, it still contains the modelling and discretization errors when compared to the `exact` flow solution.The aim of this proposal is to compare the continuous and discrete approach, by minimizing the sound emission to the far-field over very long time horizons for several defined flow cases. The comparison is performed using different resolutions and Reynolds numbers, by making use of DNS and Large Eddy Simulation. The discrete adjoint is developed using automatic differentiation tools (AD-Tools) applied on the same flow solver, which serves as a basis for the continuous adjoint control. The comparison tries to identify strengths and weaknesses of the respective approaches and intends to determine successfull approaches to control turbulent flows at high Reynolds numbers.
到目前为止,基于连续伴随的最佳流量控制已经非常成功。然而,此方法显示出高雷诺数在高雷诺数下以及应用非代表性尺度的模型时显示出不稳定流动案例的缺陷。在确定成本功能的最小值期间,这些缺陷导致错误的梯度方向,并由数值近似(原始)流量状态的连续伴随不一致引起。结果,只有有限的控制视野才有可能,此外,原始模拟的流程方程中的所有术语都需要可区分,这对于所有模型肯定不是这样。利用离散的伴随为基于计算的原始流状态确定梯度时达到机器精度的可能性。对于高雷诺数的不稳定动荡流,此问题尚未深入研究。尽管离散方法是基于数值(即离散原始)流解决方案精确的,但与“精确流动解决方案”相比,它仍然包含建模和离散错误。该提案的目的是比较连续和离散的方法,通过将几个定义的流动率的远距离的声音最小化,以最大程度地减少远端的声音。通过使用DNS和大型涡模拟,使用不同的分辨率和雷诺数进行比较。使用在同一流求解器上应用的自动分化工具(AD-Tool)开发离散的伴随,该工具是连续伴随控制的基础。比较试图确定各个方法的优势和劣势,并打算确定在高雷诺数下控制湍流的成功方法。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Simultaneous single-step one-shot optimization with unsteady PDEs
具有不稳定偏微分方程的同步单步一次性优化
  • DOI:
    10.1016/j.cam.2015.07.033
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S. Günther;N.R. Gauger;Q. Wang
  • 通讯作者:
    Q. Wang
Spanwise reflection symmetry breaking and turbulence control: plane Couette flow
展向反射对称破缺和湍流控制:平面 Couette 流
  • DOI:
    10.1017/jfm.2014.99
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    G. Chagelishvili;G. Khujadze;H. Foysi;M. Oberlack
  • 通讯作者:
    M. Oberlack
A framework for simultaneous aerodynamic design optimization in the presence of chaos
  • DOI:
    10.1016/j.jcp.2016.10.043
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Stefanie Günther;N. Gauger;Qiqi Wang
  • 通讯作者:
    Stefanie Günther;N. Gauger;Qiqi Wang
Numerical optimisation of the pseudopotential-based lattice Boltzmann method
  • DOI:
    10.1016/j.jocs.2016.04.005
  • 发表时间:
    2016-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Knut Küllmer;A. Krämer;D. Reith;W. Joppich;H. Foysi
  • 通讯作者:
    Knut Küllmer;A. Krämer;D. Reith;W. Joppich;H. Foysi
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professor Dr.-Ing. Holger Foysi其他文献

Professor Dr.-Ing. Holger Foysi的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professor Dr.-Ing. Holger Foysi', 18)}}的其他基金

The nature of turbulence in compressible homentropic constant shear flows: its vortex and wave contents and self-sustenance.
可压缩垂直恒定剪切流中湍流的本质:其涡流和波内容以及自维持。
  • 批准号:
    438287556
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Application of the "Method of Moving Frames" to the magnetohydrodynamic shallow water equations - Conservation Properties and Robustness
“移动框架法”在磁流体动力学浅水方程中的应用——守恒性和鲁棒性
  • 批准号:
    374462528
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Identification of the Linear Sound Sources in Turbulent free Shear Flows:Non-modal Analysis and Direct Numerical Simulation Study
湍流自由剪切流中线性声源的识别:非模态分析和直接数值模拟研究
  • 批准号:
    261830592
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Kombinierte experimentelle und numerische Analyse der Fluid-Struktur Interaktion und Wandschubspannung in elastischen Gefäßen bei instationärer Durchströmung
非定常流动过程中弹性容器流固相互作用和壁面剪应力的实验与数值联合分析
  • 批准号:
    203317824
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Turbulente Mischung und Verbrennung in kompressiblen Scherschichten - Simulation und Beeinflussung
可压缩剪切层中的湍流混合和燃烧 - 模拟和操纵
  • 批准号:
    57812851
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Independent Junior Research Groups
ColtBig: Compressible and thermal lattice Boltzmann methods on interpolation-based grids
ColtBig:基于插值网格的可压缩和热晶格玻尔兹曼方法
  • 批准号:
    439383920
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants

相似国自然基金

基于情境最佳化的模型预测控制方法研究
  • 批准号:
    62303416
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
水环境容量控制目标下的流域最佳管理措施空间降尺度优化方法研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
水环境容量控制目标下的流域最佳管理措施空间降尺度优化方法研究
  • 批准号:
    52109058
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    24.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
离子引擎供电电源的超高增益变换器及最佳负载点运行控制
  • 批准号:
    51907032
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
面向最佳热负荷分配的氧化铝多效降膜蒸发过程的建模与优化控制方法
  • 批准号:
    61963036
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    39 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似海外基金

A Potent D-peptide Inhibitor of TNFα for Treatment of Rheumatoid Arthritis
一种有效的 TNFα D 肽抑制剂,用于治疗类风湿性关节炎
  • 批准号:
    10822182
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
BRITE Pivot: Learning-based Optimal Control of Streamflow with Potentially Infeasible Time-bound Constraints for Flood Mitigation
BRITE Pivot:基于学习的水流优化控制,具有可能不可行的防洪时限约束
  • 批准号:
    2226936
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Cooperative multi agent optimal adaptive control of large degree of freedom manipulators for an interdependent collaborative task
用于相互依赖的协作任务的大自由度机械臂的协作多智能体最优自适应控制
  • 批准号:
    2890822
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Optimal Transport Protocols for Biomolecular Machinery - Approaching the Principle Limits of Control of Microscopic Systems
生物分子机械的最佳传输协议 - 接近微观系统控制的原理极限
  • 批准号:
    23H01136
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
On the reliability of computational algorithms in optimal control methods using highly expressive non-differentiable functions
使用高表达不可微函数的最优控制方法中计算算法的可靠性
  • 批准号:
    23K13359
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了