基于LSTM-POD的汽车湍流尾迹的高时间分辨速度场重构

本文针对方背Ahmed汽车标模的湍流尾迹,建立基于长短时记忆法(long short-term memory,LSTM)和本征正交分解(proper orthogonal decomposition, POD)相结合的深度学习模型LSTM-POD。通过建立非时间分辨平面速度场POD模态系数和若干离散点的时间分辨速度信号的映射关系,实现了方背Ahmed汽车标模湍流尾迹流场的高时间分辨率重构,并对比了不同时间步长配置,即单时间步长(LSTM-Sin)和多时间步长(LSTM-Mul)对重构效果的影响。研究表明:LSTM-POD模型在时间序列重构中具有较强的学习和泛化能力。另外,LSTM-Mul考虑到了时间上的连续性和相关性,相较于LSTM-Sin,其重构出的低阶模态系数和速度场与POD的重构结果更吻合。本研究提出的深度学习模型可以缓解通过实验及高精度数值模拟获取高时间分辨率流场数据资源消耗大、计算效率低等问题。

再入湍流尾迹及其对雷达散射的影响研究

就高超声速再入体尾迹等离体场而言，为进行其亚密湍流雷达散射截面的理论分析，提出了计算湍流尾迹脉动等离子体场强的理论模型及求解方法，即在研究高超声速尾迹流动特征的基础上，推导，使用包括化学组份浓度脉动强度的ｋ－ε－ｇ湍流模型，用以封闭高超声速粘性尾迹湍流运动时均控制方程组，并用全隐式有限差分法求解，算例小钝锥体的飞行条件为零攻角，Ｍ∞＝２１．３，Ｒｅ∞Ｄ＝１．３３×１０＾６，Ｍ∞＝２０．５。

超音速再入体远场湍流尾迹电子密度计算

目的 计算超音速再入体尾迹的雷达散射截面，并获得尾迹的自由电子数密度等参数的分布； 方法 运用边界层理论求解轴对称等压湍流尾迹流动，根据Ｐｒａｎｄｔｌ的湍流切应力的混合长度理论获得速度分布，用Ｃｒｏｏｃｏ 方法获得温度分布，根据Ｌｙｋｏｕｄｉｓ 的远场尾迹理论计算了轴心参数分布，进一步计算自由电子数密度、尾迹长度等尾迹参数；结果与结论 用本方法计算的自由电子密度所求得的尾迹雷达散射截面比二维结果有较大改进；

运动潜体湍流尾迹的SAR遥感仿真研究

采用点源法获得密度层化海洋中运动潜体产生的速度场,使用计入海洋内部湍流对海表面毛细重力波作用的SAR遥感全谱模式,利用考虑内波混合的湍流k-ε模式,并且使用Nasmyth海洋普适谱,建立了运动潜体湍流尾迹的SAR遥感仿真模型。利用该仿真模型对Rankine卵形体的湍流尾迹进行了仿真分析,获得令人满意的结果。

高超声速飞行体亚密湍流尾迹RCS特性的相似规律研究

再入或临近空间高超声速飞行器在大气层中飞行时,会形成等离子体绕流和尾迹,将严重影响飞行器的电磁散射特性,从而使得临近空间高超声速飞行器表现出与大气层内常规飞行器和大气层外轨道飞行器在电磁散射特性上的明显不同,对飞行器的探测、跟踪带来新的挑战。弹道靶是高超声速飞行器尾迹电磁散射特性研究的重要设备,为了由弹道靶试验结果外推出真实飞行条件下亚密湍流尾迹的RCS,本文从高超声速流场模拟的双缩尺率和亚密湍流尾迹RCS模拟的Born近似出发,推导出真实飞行条件下和地面弹道靶试验之间亚密湍流尾迹RCS模拟的一种相似规律,推导结果显示当D1/D2=η,V∞1=V∞2,ρ∞1/ρ∞2=1/η,ω1/ω2=λ2/λ1=1/η时,雷达散射截面服从σ1/σ2=η4的相似规律。推导出的相似规律可以为超高速飞行器亚密湍流尾迹RCS研究提供技术支持。

舰船湍流尾迹的数值模拟及其单站RCS计算

基于舰船湍流尾迹的半经验公式和双线性叠加方法,分别模拟船尾射流尾迹和船侧涡流对尾迹,与湍流实验结论比较,验证了模拟结果的准确性以及方法的有效性.提出一种用双尺度模型结合物理光学法(Physical Optics,PO)计算粗糙面电磁散射的方法,应用该方法计算风驱海面杂波雷达散射截面(Radar Cross-Section,RCS)并与双尺度方法(Two Scale Method,TSM)的计算结果和实测数据比较,吻合得较好,验证了该方法的正确性.应用该方法计算湍流尾迹的雷达散射截面,为数值模拟舰船尾迹的合成孔径雷达图像奠定了基础.

半球阵列式涡流发生器湍流尾迹流动特性研究

利用DDES延迟分离涡模拟研究了半球状的涡流发生器尾迹区域的流动特性,包括了速度场以及涡量场,研究发现尾迹区域的速度场,涡量场呈现出不同的发展趋势,速度场在初始角度尾流开始分离,随着角度的增加,由流动分离再趋向于整体,尾迹区域的宽度与长度的变化经历了加速下降区,相对缓慢加速区,以及平缓过渡区三区域,涡量场整体趋向于分离状态,随着角度增加脱落的漩涡越来越大,涡量保持区的长度变长。涡量场与速度场在总体上呈现出不同的流体动力特征。

舰船湍流尾迹红外发射率计算方法

红外发射率的准确计算是舰船湍流尾迹红外仿真与特性分析的基础。文中以湍流尾迹对Cox-Munk海面坡度概率密度分布的调制模型为基础,结合海面双向反射分布函数,研究了典型环境下舰船湍流尾迹海面红外发射率的计算方法;研究了机载小天顶角、船载大天顶角观测时,舰船湍流尾迹长波8~9μm红外发射率的分布规律,得到了湍流尾迹与海面背景发射率的差别随观测天顶角的增大而增大的结论;仿真计算得到了秋季阴天船载式探测条件下,典型舰船湍流尾迹的红外辐射亮度,并与海上试验数据进行了对比,结果表明湍流尾迹的自发辐射亮度低于海面背景,表现为"冷尾迹"的特征。

基于流固耦合偏航下风力机尾迹湍流特征的研究

偏航状态下风力机叶片与流场之间相互作用会导致风力机近尾迹流场的湍流特征变化,采用双向流固耦合对不同偏航工况下水平轴风力机近尾迹流场进行数值模拟研究,获得不同偏航角下尾迹湍流特征演化规律。结果表明:随着偏航角的增大,正偏航侧会出现“速度亏损圆环”,且此圆环的范围呈扩大趋势;偏航角的增大对叶根处速度亏损影响最大,对叶尖处速度亏损影响最小,与正偏航侧相比,负偏航侧的速度亏损值减为约1/2;随着偏航角的增大,正负偏航侧的湍流强度变化呈不对称性,正偏航侧对湍流耗散的影响程度较负偏航侧大;涡流黏度越来越小,且在偏航10°涡流黏度相对于偏航5°减小约1/2,沿着轴向叶尖涡的管状环涡结构变得不稳定,出现明显耗散,且在偏航15°之后涡结构的耗散破裂程度越来越剧烈,进而对风力机气动噪声产生较大影响。

大涡模拟二维平面尾迹湍流拟序结构

首先采用大涡模拟方法对二维平面尾迹流进行了数值模拟,分别分析了整个流场的流动特点和近壁处展向大涡结构的形成、发展、脱落和破碎过程,然后定量计算了流场下游不同断面上流向时均速度分布、流向时均湍流强度分布以及流向相均速度的分布情况,并与Yang等最近所做的实验进行了对比分析,数值结果表明大涡模拟方法可以较好地模拟二维平面尾迹流。

基于船只尾迹遥感特征的航向提取方法研究

为解决单景遥感图像上航行船只航向的自动提取问题,研究了船只尾迹遥感特征和基于尾迹遥感特征的提取方法。对海上航行船只尾迹的形态特征和统计特征研究表明,湍流尾迹在遥感图像上出现概率高且特征稳定,其图像表现以条带状特征为主。考虑到湍流尾迹的线性特性,采用Randon变换算法进行了可以表征航向的尾迹提取。通过对10幅尾迹图像提取实验,与手工提取的结果相比,航向均方根误差能够达到2.74°。实验表明,该方法能够通过航行船只尾迹信息有效实现单景图像上船只航向的自动提取。

翼型近尾迹流中大尺度涡结构的理论模型

根据流动稳定性理论相干结构的相关理论 ,提出了一种二维波模型来描述翼型近尾迹流动中的大尺度涡结构 ,通过采用对近尾迹流动区域分区处理的方法计算了近尾迹区域的大尺度涡结构。计算所得的流线图 ,涡量分布以及雷诺应力分布具有与实验结果相似的分布规律。

潜航体激发类开尔文内波的垂向数值纹影实验研究

运用垂向数值纹影实验技术(NSS_V),研究了潜航体模型在线性分层流体中激发内波的形态特征,测量了类开尔文V形内波的张角、航行方向内波波长λ_x与内弗罗德数(Fr=U/DN)之间的关系。实验表明:V型内波张角随着弗罗德数增大而减小,在Fr=1附近出现一个异常缓变平台;波峰线相关波长λ_x与弗罗德数呈线性关系:λ_x=8.57Fr+1.74。对比实验表明潜航体的指挥塔对三维内波流场影响主要表现为其体积效应及角区的湍流尾迹效应。

基于分层卷积自编码器的钝体湍流流场降阶分析

本文采用了一种非线性的分层卷积自编码器,类比于本征正交分解的方法,可以对提取到的低维特征进行能量排序,同时又能在一定范围内达到更高的降阶性能。文中以雷诺数为20000的三维圆柱钝体湍流尾迹流动为例,分析分层卷积自编码器对该流场的降阶能力,并与本征正交分解的结果作对比。同时,在此基础上延伸出组合模态的概念,并增加每一组低维潜在向量数,观察重构流场与原始流场的均方误差变化。结果表明,在分层层数及每层潜在空间向量数较少时,非线性的分层卷积自编码器相对于本征正交分解的方法对流场有更强的还原能力,但是其优势会随着层数和潜在向量数的增加而减弱。

TR-PIV Analysis of Turbulent Wake of Hydrofoil with Beveled Trailing Edge

The turbulent wakes behind trailing edge are analyzed for understanding of the flow mechanisms responsible for the generation of trailing edge noise. The TILS （turbulence integral length scale） of the turbulent wake of hydrofoil with blunt trailing edge is calculated from TR-PIV （time-resolved particle image velocimetry） data. The temporal auto-correlation method based on Taylor hypothesis and spatial correlation method are used to get the TILS information of the turbulent wake of hydrofoil, respectively The comparison of results by two methods indicates that the spatial correlation method is independent on Taylor hypothesis and suitable to strong turbulence and non-isotropic turbulence.

密度分层流体中不同长径比拖曳潜体激发内波特性实验

在具有连续密度跃层的分层流体中,针对3种不同长径比拖曳潜体激发内波的运动学与动力学特性进行了系列实验.从拖曳潜体产生扰动密度场的动态时间序列测量结果入手,表明体积效应激发内波属于一种相对于拖曳潜体定常的多模态Lee波结构,而尾迹效应激发主控内波为相对于拖曳潜体非定常的拟Lee波结构,这是一类由湍流尾迹中大尺度相干结构作为移动源激发的内波结构.研究表明,在Lee波与拟Lee波之间存在一个与长径比近似为线性关系的临界转捩Froude数Frc,而且转捩后拟Lee波相关速度相应Froude数近似为一个常数0.8.研究进一步表明,存在一个与长径比近似为线性关系的Froude数Frp,当Fr<Frp时,Lee波为主控内波,无因次内波峰-峰幅值随Fr增大而增大;当Frp<Fr<Frc时,虽然Lee波仍为主控内波,但无因次内波峰-峰幅值随Fr增大而减小,而拟Lee波的影响逐渐增大;当Fr>Frc时,拟Lee波为主控内波,无因次内波峰-峰幅值随Fr增大近似线性增大,而且长径比的影响可以忽略,其中Fr为拖曳潜体特征直径Froude数.