【摘 要】
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在航空航天、叶轮机械、大气、海洋等领域,存在着大量的奇异现象,如：流动分离、失速、喘振、激波、龙卷风、短时巨浪等复杂的流动现象,其涉及了分岔、奇异性等非线性动力学理论,.事实上,非定常奇异流动能够诱发出超常的流动性能,此类非定常奇异流动含有丰富的拟序结构,而这种拟序结构具有普适性和拓扑不变性,其稳定性与分岔等行为与流动性能存在密切联系,并且其中存在着大量的物质输运、能量迁移转化以及动量交换效应.然
【机 构】
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西安交通大学,能源与动力工程学院,西安 710049 西北工业大学,机电学院,西安 710072
【出 处】
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第十六届全国非线性振动暨第十三届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议
论文部分内容阅读
在航空航天、叶轮机械、大气、海洋等领域,存在着大量的奇异现象,如：流动分离、失速、喘振、激波、龙卷风、短时巨浪等复杂的流动现象,其涉及了分岔、奇异性等非线性动力学理论,.事实上,非定常奇异流动能够诱发出超常的流动性能,此类非定常奇异流动含有丰富的拟序结构,而这种拟序结构具有普适性和拓扑不变性,其稳定性与分岔等行为与流动性能存在密切联系,并且其中存在着大量的物质输运、能量迁移转化以及动量交换效应.然而,非定常流动的复杂性使得相应的描述及分析方法成为流体动力学研究中的难点之一,制约着对流动中奇异现象机理的深入研究和利用.在流体力学领域,有关对复杂流动非线性现象的解释与普通规律的揭示仍然缺乏,如何捕获和描述复杂流动中的奇异性拟序结构就是目前一项极具挑战性的课题.论文首先介绍了流动中存在的4种典型奇异现象：流动分离、机翼失速、旋涡及激波,并基于非线性动力学理论研究了所涉及的流动现象的发生机理.进一步,采用非线性动力学理论,对非定常流动分离等奇异现象的描述方法及动力学特性进行了详细的研究,引入和发展了非定常流动的Lagrangian描述和分析方法.从Lagrangian角度,流动可以视为动力系统,能够根据动力学理论来分析其动力学特性,针对于一般性的非定常流动给出了有限时间稳定和不稳定流形的概念,这些有限时间稳定/不稳定流形构成了流体中的Lagrangian拟序结构(Lagrangian Coherent Structures,简称LCSs),并且可以采用数值方法直接从流场信息中提取出来.基此方法研究了翼型绕流中移动分离的Lagrangian拟序结构,其中,对于非定常流动,排斥LCSs和吸引LCSs之间的缠绕间隙(在非线性动力学中,被定义为Lobe)代表了不同区域之间的物质输运,从而可以利于Lobe动力学来分析非定常流动中流体的迁移、输运和混合作用过程.研究结果表明：所发展的LCSs方法能够描述复杂流体动力学的长期行为和捕获奇异流动pattern,为深入理解复杂流动现象提供了有效的分析工具,并能够揭示其复杂物理现象的发生机理,为流动控制提供了新的途径.
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