An artificial neural network-based machine learning approach to correct coarse-mesh-induced error in computational fluid dynamics modeling of cell culture bioreactor

计算流体力学 人工神经网络 规范化(社会学) 计算机科学 叶轮 均方误差 一般化 人工智能 反向传播 生物反应器 机器学习 模拟 生物系统 数学 工程类 机械工程 机械 化学 物理 数学分析 社会学 统计 生物 有机化学 人类学
作者
Fernando José Cantarero Rivera,Ran Yang,Haochen Li,Hairong Qi,Jiajia Chen
出处
期刊:Food and Bioproducts Processing [Elsevier BV]
卷期号:143: 128-142 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.fbp.2023.11.004
摘要

Computational Fluid Dynamics (CFD) is a valuable tool for studying fluid environments within cell culture bioreactors and optimizing processing parameters, but it can be computationally expensive. This study developed an artificial neural network (ANN)-based machine learning model to predict and correct the coarse-mesh-induced errors in CFD modeling of a spinner flask bioreactor. A baseline ANN model was trained to predict the velocity error function between the coarse and optimized reference mesh results at one rotational speed (90 rpm), demonstrating that the ANN-based approach could correct the coarse-mesh velocity with RMSE values of nodal velocities improved by an average of ∼20% at different rotational speeds. The effect of ANN structure, input data normalization, and training dataset combinations on prediction performance was evaluated. More neurons and hidden layers generated better results but required more computational time for training. The model's generalization capabilities were further evaluated in case studies of correcting velocity and Kolmogorov length at different fluid viscosity and bioreactor impeller geometry conditions. Results suggested that the ANN model had better generalization in correcting Kolmogorov length than velocity. This research provides insights into using a machine learning approach to enhance CFD modeling in bioreactor applications, contributing to advancing tissue engineering processes.
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
星月夜完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
coco完成签到 ,获得积分10
1秒前
Big胆完成签到,获得积分10
2秒前
勇敢牛牛完成签到 ,获得积分10
2秒前
refrain完成签到,获得积分10
2秒前
王木木发布了新的文献求助10
3秒前
平平平平完成签到 ,获得积分0
3秒前
嗯啊完成签到,获得积分10
3秒前
务实海豚完成签到,获得积分10
3秒前
12321完成签到,获得积分10
4秒前
南汐完成签到,获得积分10
4秒前
可靠的千凝完成签到 ,获得积分10
4秒前
积极的随阴完成签到,获得积分10
5秒前
ZQY完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
ChaseY完成签到,获得积分10
6秒前
务实的绝悟完成签到,获得积分10
6秒前
自由人发布了新的文献求助10
6秒前
7秒前
7秒前
等风来完成签到 ,获得积分10
7秒前
deallyxyz完成签到,获得积分0
7秒前
灵络完成签到,获得积分10
8秒前
Galateor发布了新的文献求助30
8秒前
突突突完成签到,获得积分10
8秒前
size_t完成签到,获得积分10
9秒前
memo完成签到,获得积分10
9秒前
thinking完成签到,获得积分10
10秒前
lxy完成签到,获得积分10
10秒前
11秒前
Cession发布了新的文献求助10
12秒前
研友_VZG7GZ应助王木木采纳,获得10
12秒前
song完成签到 ,获得积分10
12秒前
gu完成签到,获得积分10
12秒前
小恐龙飞飞完成签到 ,获得积分10
12秒前
董甜梦发布了新的文献求助10
14秒前
善学以致用应助木木采纳,获得10
14秒前
剑过无声完成签到 ,获得积分10
14秒前
桃子清乌龙完成签到,获得积分10
14秒前
高分求助中
Modern Epidemiology, Fourth Edition 5000
Kinesiophobia : a new view of chronic pain behavior 5000
Molecular Biology of Cancer: Mechanisms, Targets, and Therapeutics 3000
Digital Twins of Advanced Materials Processing 2000
Propeller Design 2000
Weaponeering, Fourth Edition – Two Volume SET 2000
First commercial application of ELCRES™ HTV150A film in Nichicon capacitors for AC-DC inverters: SABIC at PCIM Europe 1000
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 纳米技术 化学工程 生物化学 物理 计算机科学 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 冶金 细胞生物学 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6005082
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7527720
关于积分的说明 16112623
捐赠科研通 5150651
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2759807
邀请新用户注册赠送积分活动 1736960
关于科研通互助平台的介绍 1632161