Learning-based models for fluid dynamics often operate in unconstrained function spaces, leading to physically inadmissible, unstable simulations. While penalty-based methods offer soft regularization, they provide no structural guarantees, resulting in spurious divergence and long-term collapse. In this work, we introduce a unified framework that enforces the incompressible continuity equation as a hard, intrinsic constraint for both deterministic and generative modeling. First, to project deterministic models onto the divergence-free subspace, we integrate a differentiable spectral Leray projection grounded in the Helmholtz-Hodge decomposition, which restricts the regression hypothesis space to physically admissible velocity fields. Second, to generate physically consistent distributions, we show that simply projecting model outputs is insufficient when the prior is incompatible. To address this, we construct a divergence-free Gaussian reference measure via a curl-based pushforward, ensuring the entire probability flow remains subspace-consistent by construction. Experiments on 2D Navier-Stokes equations demonstrate exact incompressibility up to discretization error and substantially improved stability and physical consistency.


翻译:基于学习的流体动力学模型通常在无约束函数空间中运作,导致物理上不可接受的、不稳定的模拟。虽然基于惩罚的方法提供了软正则化,但它们缺乏结构保证,导致虚假散度和长期崩溃。在本文中,我们引入了一个统一框架,将不可压缩连续性方程作为确定性和生成性建模的硬性内在约束。首先,为了将确定性模型投影到无散度子空间,我们集成了基于亥姆霍兹-赫奇分解的可微谱勒雷投影,该投影将回归假设空间限制在物理上允许的速度场中。其次,为了生成物理上一致的分布,我们表明当先验不兼容时,仅投影模型输出是不够的。为解决这一问题,我们通过基于旋度的前向映射构建了一个无散度高斯参考测度,确保整个概率流在构造上保持子空间一致。在二维纳维-斯托克斯方程上的实验表明,该方法在离散误差范围内实现了精确的不可压缩性,并显著提高了稳定性和物理一致性。

0
下载
关闭预览

相关内容

【Nature machine intelligence】闭型连续时间神经网络
专知会员服务
30+阅读 · 2022年11月17日
【CMU】深度学习模型中集成优化、约束和控制,33页ppt
专知会员服务
46+阅读 · 2020年5月23日
【Nature论文】深度网络中的梯度下降复杂度控制
专知会员服务
41+阅读 · 2020年3月9日
你的算法可靠吗? 神经网络不确定性度量
专知
40+阅读 · 2019年4月27日
超全总结:神经网络加速之量化模型 | 附带代码
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 3月3日
VIP会员
相关主题
最新内容
《基于强化学习的自动化红队测试》
专知会员服务
3+阅读 · 7月23日
伊朗不对称防空战略的演进
专知会员服务
4+阅读 · 7月23日
对抗环境下超视距目标打击的情报支援
专知会员服务
10+阅读 · 7月22日
《无人机对海面作战影响评估》
专知会员服务
15+阅读 · 7月21日
印度精确打击与指挥架构的断层
专知会员服务
7+阅读 · 7月20日
相关VIP内容
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员