Data-driven calibration of computational combustion models employing reduced chemical Kinetics
| Ano de defesa: | 2020 |
|---|---|
| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | eng |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Brasil Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica UFRJ |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://hdl.handle.net/11422/21999 |
Resumo: | In this thesis, a probabilistic embedded discrepancy approach to understanding the limits of the use of reduced chemical kinetics in computational combustion models and also to improve the ability of such models to predict key quantities of interest is adopted. Also, an embedded deep learning model discrepancy approach is proposed. More specifically, a deep neural network is embedded as an additive function to model the temporal evolution of chemical species concentrations that serves as a source to the flow field. A data-driven calibration is adopted with data set produced by numerical simulation of detailed mechanisms, in a model-to-model Bayesian calibration. These proposed strategies are evaluated in benchmark combustion scenarios widely used to evaluate the role played by chemical kinetics on main physicochemical properties characterizing combustion systems. The scenarios correspond to the application cases of homogeneous combustion during autoignition and flame propagation. The results demonstrate the ability of adopted approaches for model calibration in chemical kinetics. It is shown how the application range of the reduced chemical model can be extended to predict quantities of interest without increasing the number of reacting species in the combustion system and at a reduced computational cost. |
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Data-driven calibration of computational combustion models employing reduced chemical KineticsCombustãoDiscrepância de modeloQuantificação da incertezaAprendizado profundoEngenharia MecânicaIn this thesis, a probabilistic embedded discrepancy approach to understanding the limits of the use of reduced chemical kinetics in computational combustion models and also to improve the ability of such models to predict key quantities of interest is adopted. Also, an embedded deep learning model discrepancy approach is proposed. More specifically, a deep neural network is embedded as an additive function to model the temporal evolution of chemical species concentrations that serves as a source to the flow field. A data-driven calibration is adopted with data set produced by numerical simulation of detailed mechanisms, in a model-to-model Bayesian calibration. These proposed strategies are evaluated in benchmark combustion scenarios widely used to evaluate the role played by chemical kinetics on main physicochemical properties characterizing combustion systems. The scenarios correspond to the application cases of homogeneous combustion during autoignition and flame propagation. The results demonstrate the ability of adopted approaches for model calibration in chemical kinetics. It is shown how the application range of the reduced chemical model can be extended to predict quantities of interest without increasing the number of reacting species in the combustion system and at a reduced computational cost.Nesta tese, é adotada uma abordagem probabilística de discrepância encapsulada para entender os limites do uso de cinética química reduzida em modelos computacionais de combustão e também melhorar a capacidade de tais modelos prever quantidades de interesse importantes. Além disso, é proposta uma abordagem de aprendizagem profundo de discrepância de modelo encapsulada. Mais especificamente, uma rede neural profunda é imersa como uma função aditiva para modelar a evolução temporal das concentrações de espécies químicas que servem como termo fontes para o escoamento. Uma calibração orientada a dados é adotada com um conjunto de dados produzido por simulações numéricas de mecanismos detalhados, em uma calibração bayesiana modelo-a-modelo. Os métodos propostos são avaliados em cenários de combustão de referência, amplamente utilizados para avaliar o papel desempenhado pela cinética química nas principais propriedades físico-químicas que caracterizam os sistemas de combustão. Os cenários correspondem aos casos de aplicação de combustão homogênea durante autoignição e propagação da chama. Os resultados demonstram a capacidade das abordagens adotadas para otimizações de modelos de cinética química. Mostra-se como o alcance de aplicação do modelo químico reduzido pode ser estendida para prever quantidades de interesse sem aumentar o número de espécies reagentes no sistema de combustão e a um custo computacional reduzido.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUFRJRochinha, Fernando Alveshttp://lattes.cnpq.br/7865840011524014Sampaio Filho, RubensCoutinho, Alvaro Luiz Gayoso de AzeredoOrlande, Helcio Rangel BarretoRitto, Thiago GamboaFreitas, Rodolfo da Silva Machado de2023-11-06T11:54:41Z2023-12-21T03:02:00Z2020-08info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://hdl.handle.net/11422/21999enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJ2023-12-21T03:02:00Zoai:pantheon.ufrj.br:11422/21999Repositório InstitucionalPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestpantheon@sibi.ufrj.bropendoar:2023-12-21T03:02Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false |
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In this thesis, a probabilistic embedded discrepancy approach to understanding the limits of the use of reduced chemical kinetics in computational combustion models and also to improve the ability of such models to predict key quantities of interest is adopted. Also, an embedded deep learning model discrepancy approach is proposed. More specifically, a deep neural network is embedded as an additive function to model the temporal evolution of chemical species concentrations that serves as a source to the flow field. A data-driven calibration is adopted with data set produced by numerical simulation of detailed mechanisms, in a model-to-model Bayesian calibration. These proposed strategies are evaluated in benchmark combustion scenarios widely used to evaluate the role played by chemical kinetics on main physicochemical properties characterizing combustion systems. The scenarios correspond to the application cases of homogeneous combustion during autoignition and flame propagation. The results demonstrate the ability of adopted approaches for model calibration in chemical kinetics. It is shown how the application range of the reduced chemical model can be extended to predict quantities of interest without increasing the number of reacting species in the combustion system and at a reduced computational cost. |
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