A two-stage CFD-GNN approach for efficient steady-state prediction of urban airflow and airborne contaminant dispersion

雷诺平均Navier-Stokes方程 计算流体力学 环境科学 计算机科学 解算器 大涡模拟 海洋工程 机械 模拟 湍流 工程类 物理 程序设计语言
作者
Runmin Zhao,Sumei Liu,Junjie Liu,Nan Jiang,Qingyan Chen
出处
期刊:Sustainable Cities and Society [Elsevier BV]
卷期号:112: 105607-105607 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.scs.2024.105607
摘要

Urban design requires accurate prediction of wind, gusts, and contaminant dispersion to create sustainable cities. While computational fluid dynamics (CFD) models like large-eddy simulation (LES) provide accurate predictions, they are computationally expensive. Steady Reynolds-averaged Navier-Stokes (SRANS) is fast but inaccurate due to inherent limitations. This study proposes a two-stage CFD-graph neural network (GNN) framework for efficient steady-state prediction. A CFD solver provides the initial state, and then a GNN directly corrects the CFD outputs towards a high-fidelity target in a single inference step, bypassing SRANS flaws. LES results for parametrically generated urban cases provided training data. The proposed framework is thus distinguished from previous GNN applications, which were unsteady RANS surrogates that are still constrained by RANS inaccuracy. SRANS with the k-ε model provided an informative initial state for GNN (termed KE-GNN). Less detailed initializations increased prediction difficulty. Uneven sampling of building density and heights introduced dataset bias, improving specialization but reducing generalizability. For an actual urban case, KE-GNN employing a coarse mesh achieved considerable agreement with the fine LES result and was thousands of times faster. On the same coarse mesh, KE-GNN was seven times faster than a tightly converged SRANS and 280 times faster than an under-resolved LES.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
ff0110完成签到,获得积分10
刚刚
一一完成签到 ,获得积分10
1秒前
受伤的电话完成签到 ,获得积分10
1秒前
落后的夜阑完成签到,获得积分10
1秒前
Super完成签到,获得积分10
1秒前
乐乐应助科研通管家采纳,获得30
4秒前
酷波er应助科研通管家采纳,获得10
4秒前
NexusExplorer应助科研通管家采纳,获得10
4秒前
上官若男应助科研通管家采纳,获得10
4秒前
彭于晏应助科研通管家采纳,获得10
4秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
4秒前
4秒前
斯文败类应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
传奇3应助科研通管家采纳,获得30
5秒前
领导范儿应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
bkagyin应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
Owen应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
5秒前
脑洞疼应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
5秒前
5秒前
5秒前
大知闲闲完成签到 ,获得积分10
5秒前
gzhoax应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
小艾应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
lgh完成签到,获得积分10
7秒前
Mi完成签到,获得积分10
8秒前
doou发布了新的文献求助10
9秒前
痴情志浩完成签到,获得积分10
9秒前
星辰大海应助橙汁采纳,获得10
10秒前
zhengzehong完成签到,获得积分10
11秒前
小吕完成签到,获得积分10
11秒前
zhaolee完成签到 ,获得积分10
11秒前
12秒前
归尘应助zzz采纳,获得10
16秒前
yangxt-iga发布了新的文献求助10
16秒前
鹏笑完成签到,获得积分10
18秒前
nianxunxi完成签到,获得积分10
19秒前
winnie完成签到,获得积分10
20秒前
lgh发布了新的文献求助10
20秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Developing Genetic Editing Tools for Lysobacter 2000
卤化钙钛矿人工突触的研究 2000
Моделирование процессов самоорганизации в кристаллообразующих системах 1000
History of U.S. Space Surveillance and Satellite Cataloging 1000
Malcolm Fraser : a biography 700
Signals, Systems, and Signal Processing 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6515757
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8308774
关于积分的说明 17757980
捐赠科研通 5617747
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2925146
邀请新用户注册赠送积分活动 1902103
关于科研通互助平台的介绍 1763488