論文の概要: On the joint observability of flow fields and particle properties from Lagrangian trajectories: evidence from neural data assimilation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.00479v1
• Date: Wed, 01 Oct 2025 04:00:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-03 16:59:20.362813
• Title: On the joint observability of flow fields and particle properties from Lagrangian trajectories: evidence from neural data assimilation
• Title（参考訳）: ラグランジュ軌道からの流れ場と粒子特性の合同観測性について:ニューラルデータ同化による証拠
• Authors: Ke Zhou, Samuel J. Grauer,
• Abstract要約: ラグランジュ粒子追跡データから流動状態と未知粒子特性の連成観測可能性について数値解析を行った。 圧縮性,衝撃支配流れにおける速度,圧力,密度,慣性粒子特性(直径,密度)の初回共同再構成について報告する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.057195808949298
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We numerically investigate the joint observability of flow states and unknown particle properties from Lagrangian particle tracking (LPT) data. LPT offers time-resolved, volumetric measurements of particle trajectories, but experimental tracks are spatially sparse, potentially noisy, and may be further complicated by inertial transport, raising the question of whether both Eulerian fields and particle characteristics can be reliably inferred. To address this, we develop a data assimilation framework that couples an Eulerian flow representation with Lagrangian particle models, enabling the simultaneous inference of carrier fields and particle properties under the governing equations of disperse multiphase flow. Using this approach, we establish empirical existence proofs of joint observability across three representative regimes. In a turbulent boundary layer with noisy tracer tracks (St to 0), flow states and true particle positions are jointly observable. In homogeneous isotropic turbulence seeded with inertial particles (St ~ 1-5), we demonstrate simultaneous recovery of flow states and particle diameters, showing the feasibility of implicit particle characterization. In a compressible, shock-dominated flow, we report the first joint reconstructions of velocity, pressure, density, and inertial particle properties (diameter and density), highlighting both the potential and certain limits of observability in supersonic regimes. Systematic sensitivity studies further reveal how seeding density, noise level, and Stokes number govern reconstruction accuracy, yielding practical guidelines for experimental design. Taken together, these results show that the scope of LPT could be broadened to multiphase and high-speed flows, in which tracer and measurement fidelity are limited.
• Abstract（参考訳）: ラグランジュ粒子追跡(LPT)データから流動状態と未知粒子特性の連成観測可能性について数値解析を行った。 LPTは時間分解された粒子軌道の体積測定を提供するが、実験トラックは空間的に疎く、潜在的にノイズがあり、慣性輸送によってさらに複雑になり、ユーレアー場と粒子特性の両方を確実に推定できるかどうかという疑問が提起される。 そこで本研究では, ユーレリア流の表現をラグランジュ粒子モデルと組み合わせたデータ同化フレームワークを開発し, 分散多相流の制御方程式の下で, キャリヤ場と粒子特性の同時推定を可能にする。 このアプローチを用いて,3つの代表的な体制における共同観測可能性の実証的存在証明を確立した。 ノイズトレーサ線路(St〜0)を有する乱流境界層では、流れ状態と真の粒子位置が共同観測可能である。 In homogeneous isotropic turbulence seeded with inertial particles (St ~ 1-5), we demonstrate simultaneously recovery of flow state and particle diameters, showed the possibility of implicit particle characterization。 圧縮性, 衝撃に支配される流れにおいて, 超音速状態における観測可能性と一定の限界の両方を強調し, 速度, 圧力, 密度, 慣性粒子特性(直径, 密度)の初回共同再構成を報告する。 システム感度研究により, シード密度, 騒音レベル, ストークス数がどのように復元精度を制御しているかが明らかになり, 実験設計の実践的ガイドラインが得られた。 これらの結果から, LPTの範囲は多相流と高速流に拡大し, トレーサと測定精度が制限されることが示唆された。

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