基于POD和DMD的60°交叉管繞流分析

張 嶔，楊青青，唐也婷，王天源

（中國海洋大學工程學院，山東青島 266100）

0 引 言

圓柱繞流作為流體力學中的經(jīng)典問題，在工程應用領域十分廣泛，如熱力管道、樁基礎及風或水流中的桁架結構等。當流體流經(jīng)圓柱表面并從邊界層分離，隨之產(chǎn)生的渦脫落現(xiàn)象是導致尾流場復雜的主因。而雷諾數(shù)Re是影響圓柱尾流形態(tài)的關鍵因素。Zdravkovich[1]通過實驗發(fā)現(xiàn)：單圓柱尾渦形態(tài)隨雷諾數(shù)Re改變明顯，圓柱尾渦在40

傳統(tǒng)的渦識別方法（如Q 準則、λ2方法[5]等）呈現(xiàn)的流場具有時空耦合性，尤其對于嚴重失穩(wěn)的流場，在小尺度渦結構的干擾下難以捕獲主導流場演變的關鍵流態(tài)。針對傳統(tǒng)渦識別方法的局限性，諸如本征正交分解（POD）[6-7]和動力學模態(tài)分解（DMD）[8]等降階模型（ROMs），可分別從空間正交性和頻率獨立性角度降維分解復雜流場并提取關鍵模態(tài)信息。

王智慧等[9]利用DMD 提取了橢圓柱尾流中的相干結構，結果表明大振幅模態(tài)包含了流場的主要信息。孫婉容等[10]利用DMD重建單、雙圓柱流場時發(fā)現(xiàn)，模態(tài)分解結果和重建精度取決于數(shù)據(jù)量。袁猛等[11]利用DMD 方法分析并列雙圓柱尾流場的渦量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)增加奇異值的截斷階數(shù)并不能對流場預測效果起到積極作用。Sakai 等[12]利用POD 和DMD 分析了單、串聯(lián)及并排圓柱尾流，發(fā)現(xiàn)間隙比G影響尾流模態(tài)的對稱性。Bai等[13]通過POD對比了波形和光滑圓柱的三維POD模態(tài)特征，發(fā)現(xiàn)僅憑少量低階模態(tài)便可近似重建尾流場。Sirisup 等[14]提取了交錯圓柱三維尾流場的主導POD 模態(tài)，并探究了上、下游圓柱尾流形態(tài)對溫度場分布的影響。……