elib
DLR-Header
DLR-Logo -> http://www.dlr.de
DLR Portal Home | Impressum | Datenschutz | Barrierefreiheit | Kontakt | English
Schriftgröße: [-] Text [+]

A PINN methodology for temperature field reconstruction in the PIV measurement plane: Case of Rayleigh-Bénard convection

Volk, Marie-Christine und Lucor, Didier und Sergent, Anne und Mommert, Michael und Bauer, Christian und Wagner, Claus (2025) A PINN methodology for temperature field reconstruction in the PIV measurement plane: Case of Rayleigh-Bénard convection. International Communications in Heat and Mass Transfer, 167 (B), Seiten 1-17. Elsevier. doi: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2025.109284. ISSN 0735-1933.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
6MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0735193325007109?via%3Dihub

Kurzfassung

We present a method to infer temperature fields from stereo particle image velocimetry (PIV) data in turbulent Rayleigh-Bénard convection (RBC) using physics-informed neural networks (PINNs). The physical setup is a cubic RBC cell with Rayleigh number and Prandtl number . With data available only in a vertical plane, the residuals of the governing partial differential equations are minimized at a set of collocation points in an enclosing 3D domain of finite thickness along the direction perpendicular to the plane. Dynamic collocation point sampling strategies are used to overcome the lack of 3D labeled information and to optimize the overall PINN convergence. In particular, in the out-of-plane direction, the collocation points are distributed according to a normal distribution, in order to emphasize the region where data is provided. Along the vertical direction, we leverage direct numerical simulation (DNS) meshing information and sample points from an optimized kernel-density estimation. This sampling approach balances labeled information by pointing greater attention to critical regions, particularly in areas with high temperature gradients within the thermal boundary layers. Using DNS planar three-component velocity data, we successfully validate the accurate reconstruction of the temperature fields in the PIV plane. We evaluate the robustness of our method with respect to characteristics of the labeled data used for training: the data time span, the sampling frequency, some noisy data, and omission of boundary data, aiming to better accommodate the challenges associated with experimental data. Developing PINNs on controlled simulation data is a crucial step towards their effective training and deployment on experimental data. The key is to systematically introduce noise, gaps, and uncertainties in simulated data to mimic real-world conditions and ensure robust generalization.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/215414/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A PINN methodology for temperature field reconstruction in the PIV measurement plane: Case of Rayleigh-Bénard convection
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Volk, Marie-ChristineMarie-Christine.Volk (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0003-8963-2724188459844
Lucor, DidierLISN-CNRSNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sergent, AnneLISN-CNRS, Sorbonne UniversitéNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mommert, MichaelMichael.Mommert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7817-3388188459845
Bauer, ChristianChristian.Bauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1838-6194NICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, ClausClaus.Wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2273-0568NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 Juli 2025
Erschienen in:International Communications in Heat and Mass Transfer
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:167
DOI:10.1016/j.icheatmasstransfer.2025.109284
Seitenbereich:Seiten 1-17
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTElsevierNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
ISSN:0735-1933
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Scientific machine learning Physics-informed neural networks Rayleigh–Bénard convection Temperature reconstruction PIV
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Schienenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V SC Schienenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - RoSto - Rolling Stock
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Bodengebundene Fahrzeuge
Hinterlegt von: Volk, Marie-Christine
Hinterlegt am:23 Jul 2025 11:33
Letzte Änderung:01 Aug 2025 08:34

Nur für Mitarbeiter des Archivs: Kontrollseite des Eintrags

Blättern
Suchen
Hilfe & Kontakt
Informationen
OpenAIRE Validator logo electronic library verwendet EPrints 3.3.12
Gestaltung Webseite und Datenbank: Copyright © Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Alle Rechte vorbehalten.