論文の概要: Droplet-LNO: Physics-Informed Laplace Neural Operators for Accurate Prediction of Droplet Spreading Dynamics on Complex Surfaces
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.20993v1
- Date: Wed, 22 Apr 2026 18:24:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-24 14:40:06.127794
- Title: Droplet-LNO: Physics-Informed Laplace Neural Operators for Accurate Prediction of Droplet Spreading Dynamics on Complex Surfaces
- Title（参考訳）: 液滴-LNO:複合表面における液滴拡散ダイナミクスの高精度予測のための物理インフォーム型ラプラスニューラル演算子
- Abstract要約: 本稿では,物理インフォームドラプラス演算子ニューラルネットワーク(PI-LNO)を提案する。
複雑なラプラス変換を通じて、PI-LNOは拡散過程の指数的過渡ダイナミクスをモデル化する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.963101656293055
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Spreading of liquid droplets on solid substrates constitutes a classic multiphysics problem with widespread applications ranging from inkjet printing, spray cooling, to biomedical microfluidic systems. Yet, accurate computational fluid dynamic (CFD) simulations are prohibitively expensive, taking more than 18 to 24 hours for each transient computation. In this paper, Physics-Informed Laplace Operator Neural Network (PI-LNO) is introduced, representing a novel architecture where the Laplace integral transform function serves as a learned physics-informed functional basis. Extensive comparative benchmark studies were performed against five other state-of-the-art approaches: UNet, UNet with attention modules (UNet-AM), DeepONet, Physics-Informed UNet (PI-UNet), and Laplace Neural Operator (LNO). Through complex Laplace transforms, PI-LNO natively models the exponential transient dynamics of the spreading process. A TensorFlow-based PI-LNO is trained on multi-surface CFD data spanning contact angles $θ_s ε[20,160]$, employing a physics-regularized composite loss combining data fidelity (MSE, MAE, RMSE) with Navier-Stokes, Cahn-Hilliard, and causality constraints.
- Abstract（参考訳）: 固体基板上の液滴の拡散は、インクジェット印刷、スプレー冷却、バイオメディカルマイクロ流体システムなど幅広い応用において、古典的な多物理問題となっている。
しかし、正確な計算流体力学(CFD)シミュレーションは、過渡計算毎に18時間から24時間以上かかるため、極めて高価である。
本稿では,ラプラス積分変換関数が物理インフォームド関数基底として機能する新しいアーキテクチャとして,Physical-Informed Laplace Operator Neural Network (PI-LNO)を導入した。
UNet, UNet with attention module (UNet-AM), DeepONet, Physics-Informed UNet (PI-UNet), Laplace Neural Operator (LNO) の5つの最新技術アプローチと比較した。
複雑なラプラス変換を通して、PI-LNOは拡散過程の指数的過渡ダイナミクスをネイティブにモデル化する。
TensorFlowベースのPI-LNOは、接触角が$θ_s ε[20,160]$にまたがる多面CFDデータに基づいてトレーニングされ、Navier-Stokes、Cahn-Hilliard、および因果制約を組み合わせた物理規則化された複合損失(MSE、MAE、RMSE)を利用する。
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