用于分析多层高超声速热防护系统的物理融合降阶建模
计算物理
2025-05-30 v1 数值分析
数值分析
摘要
本文提出了一种物理融合降阶建模(PIROM)框架,用于高效且准确地预测多层高超声速热防护系统(TPS)中的瞬态热行为。PIROM架构将基于集总电容模型(LCM)的简化物理主干与通过根植于Mori-Zwanzig形式的粗粒化方法表述的数据驱动校正动力学相结合。LCM捕获主导的传热机制,而校正项则补偿由高阶非线性相互作用和跨材料层的非均匀性引起的残余动力学。所提出的PIROM与两种非侵入式降阶模型(ROM)进行了基准比较:算子推断(OpInf)和神经常微分方程(NODE)。在涉及时间和空间相关边界条件以及温度变化材料属性扰动的一系列外推设置中,PIROM始终实现低于1%的误差。相比之下,OpInf表现出中等程度的性能退化,而NODE由于缺乏嵌入式物理机制,精度出现大幅下降。尽管训练成本较高,PIROM的在线评估速度比全阶模型快两个数量级。这些结果表明,PIROM有效调和了准确性、泛化能力和效率之间的权衡,为TPS在多种运行条件下的热建模提供了一个稳健的框架。
引用
@article{arxiv.2505.22890,
title = {Physics-Infused Reduced-Order Modeling for Analysis of Multi-Layered Hypersonic Thermal Protection Systems},
author = {Carlos A. Vargas Venegas and Daning Huang and Patrick Blonigan and JohnTencer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.22890},
year = {2025}
}