Physics-informed neural networks for solving moving interface flow problems using the level set approach
Notice bibliographique
Résumé
This paper advances the use of physics-informed neural networks (PINNs) architectures to address moving interface problems via the level set method. Originally developed for other partial differential equations-based problems, we particularly leverage physics-informed deep learning with residual adaptive networks' (PirateNet) features—including causal training, sequence-to-sequence learning, random weight factorization, and Fourier feature embeddings—and tailor them to handle problems with complex interface dynamics. Numerical experiments validate this framework on benchmark problems such as Zalesak's disk rotation and time-reversed vortex flow. We demonstrate that PINNs can efficiently solve level set problems exhibiting significant interface deformation without the need for upwind numerical stabilization, as generally required by classic discretization methods, or additional mass conservation schemes. However, incorporating an Eikonal regularization term in the loss function with an appropriate weight can further enhance results in specific scenarios. Our results indicate that PINNs with the PirateNet architecture surpass conventional PINNs in accuracy, achieving state-of-the-art error rates of L2=0.14% for Zalesak's disk and L2=0.85% for the time-reversed vortex flow problem, as compared to reference solutions. Additionally, for a complex two-phase flow dam break problem coupling the level set with the Navier–Stokes equations, we propose a geometric reinitialization method embedded within the sequence-to-sequence training scheme to ensure long-term stability and accurate inference of the level set field. The proposed framework has the potential to be broadly applicable to industrial problems that involve moving interfaces, such as free-surface flows in hydraulics and maritime engineering.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».