Stabilized reduced order models for low speed flows

Abstract

This thesis presents the a stabilized projection-based Reduced Order Model (ROM) formulation in low speed fluid flows using a Variational Multi-Scale (VMS) approach. To develop this formulation we use a Finite Element (FE) method for the Full Order Model (FOM) and a Proper Orthogonal Decomposition (POD) to construct the basis.

Additional to the ROM formulation, we introduce two techniques that became possible using this approach: a mesh-based hyper-reduction that uses an Adaptive Mesh Refinement (AMR) approach, and a domain decomposition scheme for ROMs.

To illustrate and test the proposed formulation we use five different models: a convection–diffusion–reaction, the incompressible Navier–Stokes, a Boussinesq approximation, a low Mach number model, and a three-field incompressible Navier–Stokes.

Esta tesis presenta un modelo de orden reducido estabilizado paran fluidos a baja velocidad utilizando un enfoque de multiescala variacional. Para desarrollar esta formulación utilizamos el método de elementos finitos para el modelo no reducido y una descomposición en autovalores del mismo para construir la base. Adicional a la formulación del modelo reducido, presentamos dos técnicas que podemos formular al utilizar este enfoque: una reducción adicional del dominio, basada en la reducción de la malla, donde usamos una técnica de refinamiento adaptativa y un esquema de descomposición de dominio para el modelo reducido. Para ilustrar y probar la formulación propuesta, utilizamos cuatro diferentes modelos fisicos: una ecuación de convección-difusión-reacción, la ecuación de Navier-Stokes para fluidos incompresibles, una aproximación de Boussinesq para la ecuación de Navier-Stokes, y una aproximación para números de Mach bajos de la ecuación de Navier-Stokes.