We present a physics-constrained machine learning framework for accelerating the direct numerical simulation (DNS) of turbulent reacting flows. The model replaces the direct evaluation of detailed chemical source terms with a surrogate that predicts reaction rates from a reduced thermochemical state. To improve physical consistency, the second law of thermodynamics is incorporated as a training constraint by enforcing non-negative entropy generation, which restricts the evolution of the thermochemical state to physically admissible directions and improves stability during time integration. The approach is demonstrated on DNS of a two-dimensional planar lean premixed methane-air flame interacting with a turbulent flow field. The model reproduces detailed-chemistry results with high fidelity while achieving more than an order-of-magnitude reduction in computational cost. Furthermore, a residual-based synthetic data augmentation strategy enables parametric exploration by constructing new training data from the original dataset, allowing accurate simulation at new inlet conditions without additional detailed-chemistry CFD runs. These results demonstrate that thermodynamically constrained machine learning can provide reliable and computationally efficient surrogates for detailed chemistry in high-fidelity combustion simulations.


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机器学习(Machine Learning)是一个研究计算学习方法的国际论坛。该杂志发表文章,报告广泛的学习方法应用于各种学习问题的实质性结果。该杂志的特色论文描述研究的问题和方法,应用研究和研究方法的问题。有关学习问题或方法的论文通过实证研究、理论分析或与心理现象的比较提供了坚实的支持。应用论文展示了如何应用学习方法来解决重要的应用问题。研究方法论文改进了机器学习的研究方法。所有的论文都以其他研究人员可以验证或复制的方式描述了支持证据。论文还详细说明了学习的组成部分,并讨论了关于知识表示和性能任务的假设。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/ml/
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