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低Re数下横向排列双圆柱绕流的POD数值模拟和整体稳定性分析

专 业: 流体力学
关键词: 数值模拟 动力系统 稳定性分析 流动特性 流动模式 绕流
分类号: O35
形 态: 共 121 页 约 79,255 个字 约 3.791 M内容
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内容摘要


本文主要基于POD-Galerkin低维动力系统从直接数值模拟和整体线性稳定性角度着重对横向排列双圆柱在不同圆柱间距情况的流动特性、流动模式分类、流动分叉类型等方面进行了深入分析。

本文的主要工作内容包括:

(一)采用POD-Galerkin低维模型数值模拟了横向排列双圆柱在较低Reynolds数不同间距时的流场,对比了POD基重构和Fluent软件数值模拟的流场结构图像,通过对流动特性的研究,证实了在不同参数时流动经历了不同的流动模式。

(二)采用基于低维动力系统的Chiba方法,对二维横向排列双圆柱绕流的对称定常解进行了稳定性分析,通过优势模态特征向量的流场重构,进一步证明了不同参数下流动失稳经历的不同的分叉路径,是由对应的不稳定模态所决定的。

(1)小间距时,流动经过Hopf分叉,由单钝体定常失稳为单钝体周期流。

(2)中等间距T\D=1.5时,流动经历第一次Hopf分叉,再经历一次叉式分叉,对应的流动从对称定常流到周期性振荡流,再到周期性侧偏流;而T\D=1.6时,流动先经历一次叉式分叉,再经历一次Hopf分叉,对应的流动从对称定常流到非对称定常流,再到周期性侧偏流。

两种不同间距时,分叉的不同顺序是由控制脱涡的远场基和控制侧偏的定态基的优势顺序所决定的,T\D=1.5时,最优的远场基使得流动先发生Hopf分叉,T\D=1.6时,最优的定态基使得流动先发生叉式分叉。

(3)大间距时,流动经过Hopf分叉,由分离双体定常流失稳为同步同相流动或同步反相流动模式。

失稳后的流动模式是由对应参数时最优势的不稳定模态所决定的,最优的同步同相基导致失稳为同步同相流动,最优的同步反相基则导致失稳为同步反相流动。

对于同步同相和同步反相交替出现的流动模式,则同步同相基和同步反相基都是不稳定的..……

全文目录


文摘
英文文摘
第1章 绪论
1.1双圆柱绕流流动研究的科学意义
1.2双圆柱绕流的研究现状
1.3 POD研究背景
1.4本文内容
第2章 方法概述与数值验证
2.1 POD三种方法的简介
2.1.1数学描述
2.1.2主分量分析法(PCA)
2.1.3 K-L分解(KLD)
2.1.4奇异值分解(SVD)
2.2 snapshot方法介绍
2.3 Galerkin方法构造最优低维动力模型
2.4整体稳定性分析方法
2.4.1整体线性稳定性分析方法研究现状
2.4.2流动的稳定性分析
2.5数据库的计算
2.5.1 Fluent简介
2.5.2 Fluent解决问题的基本步骤
2.6数值验证
2.6.1 POD流场重构与低维数值模拟
2.6.2整体稳定性分析
2.6.3其他
2.7小结
第3章 POD直接数值模拟
3.1物理模型
3.2各间距比时的流动特性
3.2.1小间距
3.2.2中等间距1
3.2.2中等间距2
3.2.3大间距
3.3小结
第4章 整体线性稳定性分析
4.1引言
4.2小间距区间的Hopf分叉:单钝体定常流到单钝体周期流
4.3中等间距区间
4.3.1 T/D=1.5
4.3.1 T/D=1.5
4.3.2 T/D=1.6
4.4大间距区间的Hopf分叉:分离双体定常流到同步同相流/同步反向流
4.5小结
第5章 总结与展望
参考文献

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中图分类: > O35 > 数理科学和化学 > 力学 > 流体力学

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