基于多特征提取的合成射流涡流控制机理研究

作者：郝春阳; 董祥瑞^*; 蔡天意; 周骛; 蔡小舒

来源：工程力学, 2023, 1-13.

• 流体力学
• 流动控制
• 特征提取方法
• 横流合成射流
• Liutex矢量
• 涡脱落主频率

在横流的底部施加倾斜角为60°的合成射流，并采用大涡模拟(LES)对其周期性涡运动过程进行了数值模拟，研究不同激励参数条件下合成射流与横流相互作用涡环结构的产生机理及演变规律。本文首先利用第三代涡识别方法 (Liutex矢量法)对流场中涡环的演变过程进行了运动跟踪，并且定量统计合成射流在不同驱动频率(St=0.25, 0.5, 0.75, 1)和驱动振幅(A0=1,1.5,2,2.5)下涡旋结构的旋转强度和涡核尺度。此外，采用本征正交分解法(POD, proper orthogonal decomposition)方法和动态模态分解(DMD, dynamic mode decomposition)对合成射流特定频率(St=0.25)及振幅(A0=2.5)下流场速度场进行模态分解，提取影响流场的主特征模态。结果表明：振幅对旋转强度和涡核尺寸大小有正贡献，而频率对旋转强度和涡核尺寸大小有负贡献；合成射流在横流中的涡运动机理可以概括为：在低频低振幅条件下有利于顺时针涡结构的产生，而在高频高振幅条件下有利于逆时针涡结构的产生；基于各阶POD模态的空间结构及频谱特征等特性，流场主特征结构为脱落涡，脱落频率与射流驱动频率一致(St=0.25)。初级顺时针涡旋结构为涡流控制的主导结构，而每阶模态均为多频耦合；通过DMD对流场信息进行时空解耦，得到了剪切诱导、涡合并等动力特征。多种特征提取方法的结合更有助于合成射流涡流控制机理的深入研究。

• 单位
  上海理工大学