声学超表面抑制高速边界层内宽频不稳定模态研究

以声学超表面为研究对象,使用线性稳定性理论(LST),研究了声学超表面导纳相位与幅值对超声速平板边界层内宽频不稳定模态的影响规律。结果表明:当导纳相位θ接近0.5π时,第1模态被抑制的同时第2模态会被激发,且在较低频率范围内导纳幅值的增大能够使第1模态更加稳定;当导纳相位θ接近π时,可抑制第2模态但同时激发第1模态;整体上,导纳幅值越大,对不稳定模态的抑制或激发效果越明显。在此基础上,结合缝隙几何参数对导纳的影响,提出一种可实现性宽频抑制方案,通过分段设计声学超表面微结构的几何尺寸,实现了同时抑制第1模态和高频第2模态的目标,并使用eN方法验证了转捩抑制效果。

海洋内重力惯性波不稳定模态分析

基于海洋动力方程的内重力惯性波数学模型给出其数值求解方法,并对沿垂直切变背景流传播的海洋内重力惯性波的不稳定做了探讨,得到的结论有:在不考虑海底地形和采用刚盖近似的条件下,在稳定层化海水中,当背景流为常数时,海洋内重力惯性波均是稳定的。在较弱的稳定层结下,具有垂直切变的背景流会导致海洋内重力惯性波的不稳定。该不稳定内波的增长率对其波长具有选择性并可有短波截断。增长率最大处出现在波长为几十公里的范围内。对固定的内波波长,背景流垂直切变越强则其最大增长率越大;若此时有多个不稳定模态,则增长率最大的模态其垂直结构最简单。该不稳定内波流函数的结构在垂直方向大体呈单圈环流形态,环流中心可以是一个,也可以是2个,后者则呈"猫眼"结构。

四方柱绕流的三维不稳定模态发展

采用了高精度谱单元法,对间距比L/D=2. 5,雷诺数为150~300的四方柱进行了三维数值模拟研究。并从水动力系数、瞬态流型、能量曲线及三维涡结构等方面对四方柱的尾流特性及三维不稳定性模态的发展进行研究和分析。随着雷诺数的提高,尾流流型从反相位模式转变为同相位模式,对应的主导不稳定波数模态由波数5转变为波数4,该转变阶段主要发生在雷诺数为225左右,其特性充分体现在各雷诺数下的能量曲线及三维涡结构发展中。当间距比L/D=2. 5时,在雷诺数为150~300下并未出现mode A和mode B两种基本不稳定性,而主导波数5和波数4模态的特性均属于第三种基本不稳定性mode C。

含有不稳定模态的控制系统计算机仿真

该文提出了一种对于含有不稳定模态控制系统的计算机仿真算法.该算法针对控制系统中含有的不稳定模态,在被积函数中加入了一个补偿环节来逼近未知的积分项,导出一种类似于阿达姆斯方法的计算机仿真计算公式.经理论研究与计算机仿真表明,在系统含有不稳定模态的情况下,该算法要优于同阶的阿达姆斯方法,其结果更加逼近于标准值.

多模态热声不稳定混沌现象实验研究

热声不稳定是一种常发生在航空航天发动机中,会对发动机造成危害的现象,该现象实质上是声波与非定常热释放的相互耦合。本文设计了一个多孔预混火焰Y型里开管(Rijke管)装置,用以研究多频率非线性热声不稳定性。这种简化燃烧室结构能够很好捕捉真实发动机中由于复杂几何结构引起的多模态热声不稳定性。通过改变火焰的当量比和其在Y型里开管上游的位置,来遍历燃烧室中不同热声振荡行为,并结合短时傅里叶变换(STFT)、相空间重构等方法分析了不同非线性热声振荡行为,发现在改变工况时,会出现高频极限环状态、高频向低频的模态转换状态、低频极限环状态、准周期状态以及混沌状态等现象,而在当量比为0.94的工况下会出现两个不稳定频率模态争夺的实验现象,在实验结果基础上,深入分析了这些非线性现象的成因。

带有不稳定模态的非线性切换系统镇定方法综述

非线性切换系统的分析和综合是近年来控制领域的研究热点,具有重要的理论价值和实际意义.文章总结了带有不稳定模态非线性切换系统镇定的最新研究成果,分别讨论了带有部分不稳定模态和带有全部不稳定模态两种情况,并介绍了理论成果的若干实际应用方向,如容错控制,多智能体协同控制,网络化控制等,最后对该研究方向进行了展望.

密集型固有振模电力系统模态不稳定现象研究

大规模电力系统不可避免地会出现振荡模式密集的现象,振荡模式密集将对电力系统的动态特性产生较大影响。利用摄动法,通过理论分析阐明了密集振模电力系统发生模态不稳定的机理,给出了判断模态不稳定的方法,通过算例验证了模态不稳定现象的存在。

非线生系统模态的随机稳定性

本文利用Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数及摄动理论研究了非一系统在外加随机激励下，共振动模态的几乎必然稳定性。给出了模态稳定的充分条件。作为应用，研究了非线性吸振器在基座受到随机激励下，吸振器横态的稳定性。

射流扩散火焰闪烁模态及频率特性的实验研究

层流扩散火焰的闪烁是一种经典的火焰不稳定性现象,然而现阶段对其不稳定性模态及频率特性的研究尚不充分.文章利用高速摄影和粒子图像测速同步测量技术,对宽工况下准静态环境中的浮力主控和动量主控圆口射流扩散火焰的不稳定性及其频率进行了实验研究.实验发现,燃料射流流量增大会导致火焰失稳,所引起的闪烁现象可分为varicose模态和sinuous模态.流场测量结果表明,闪烁火焰的主要流动结构表现为分别位于火焰面内外的两个剪切层.火焰外剪切层卷起形成的大尺度环形涡的周期性产生、增长和脱落是导致火焰面周期性形变(即火焰闪烁)的原因.闪烁火焰具有准周期性,其流场具有统一的主频率,且该频率与火焰脉动频率一致,说明闪烁火焰在本质上是种整体流动不稳定性的体现.浮力主控火焰sinuous模态的频率比varicose模态高3 Hz左右,并且在燃料流量较大的工况下存在varicose和sinuous模态间的切换.浮力主控火焰的频率符合经典的1/2标度律,但不同模态对应着不同的标度律系数.动量主控火焰的频率显著偏离1/2标度率,且偏离程度随射流动量增加而增强.研究表明了流动不稳定性模态对于射流扩散火焰频率特性具有不可忽略的影响.

热毛细液层非模态稳定性分析

利用非模态稳定性方法研究了亚临界情况下的热毛细液层对初始扰动和外加激励的敏感性。通过瞬态增长函数和反馈函数分别反映流场对初始扰动和外加激励的放大。研究结果表明,小Prandtl数(Pr)下的亚临界流动对初始扰动和外加激励均十分敏感,最大扰动放大与Reynolds数(Re)的平方近似成正比。在大Pr下,只有回流的亚临界流动存在对外加激励的显著放大,其最大值分别随Re^(5)和Pr^(5)呈线性增长。随着外加激励频率的增大,最优扰动波数逐渐减小。流场和温度场表明输出的扰动速度和温度量级远大于输入的量级,并且与管道流动相比存在明显不同。

多模态过程的全自动离线模态识别方法

多模态是复杂工业生产过程的普遍特性.不同模态具有不同的过程特性,需要建立不同的模型,因此离线建模数据的模态划分与识别是整个多模态过程建模的关键问题之一.目前,常用的聚类算法需要对其结果进行人工分析和后续处理,无法真正实现多模态过程的全自动模态识别.因此,本文提出一种全自动的多模态过程离线模态识别方法.首先通过宽度为H的大切割窗口对数据进行切割,利用改进的K-means聚类算法对窗口单元进行聚类;根据聚类结果,对稳定模态淹没现象进行处理,得到模态的初步划分结果;最终,利用小滑动窗口L,对稳定模态及过渡模态交接区域进行细划分,准确定位稳定模态与过渡模态的分割点.算法实现了多模态过程的全自动离线识别,并给出合理有效的识别结果.仿真分析表明此方法能够实现模态的自动识别,且识别结果准确.

亚洲夏季风活动激发北半球大气遥相关的物理机制探讨 I.正规模及有限时间不稳定奇异矢量分析

造成大气环流异常的原因可以有两个方面， 一是大气内部的物理过程， 另一方面则可能由大气外强迫引起。在线性框架内， 该文的第 Ｉ 部分利用正规模 （ｎｏｒｍ ａｌ ｍｏｄｅ） 以及有限时间不稳定奇异矢量 （ｓｉｎｇｕｌａｒ ｖｅｃｔｏｒｓ） 理论， 对亚洲夏季风（ Ａ Ｓ Ｍ） 活动激发北半球夏季遥相关型的大气内部物理机制进行了探讨。结果表明， 亚洲季风区的扰动最有效地激发了它下游地区不稳定模态的发展， 从而导致了从亚洲到北美洲一带的大气环流异常。关于从大气外强迫角度对这一问题的探讨， 将在本文的第 Ｉ Ｉ部分发表。

大尺度涡旋正压不稳定的若干研究

初步分析了两类大尺度园形基流上扰动的正压不稳定问题,对不稳定模态的扰动增长率和扰动振幅的径向分布等进行了讨论.

通风盘制动器盘-块接触位置变化对尖叫复模态分析的影响

为了分析盘-块接触位置对通风盘式制动器尖叫复模态的影响,建立了具有完全相同外廓尺寸的实心盘式制动器和通风盘式制动器有限元模型,进行18个不同接触位置下不稳定复模态的计算和分析,并对典型接触位置下的接触压力分布进行了对比。结果表明,通风盘式制动器的不稳定模态数量和实部大小显著依赖于接触位置的变化,且不稳定模态特征值呈现出与散热筋分布相关的周期性特征;接触位置变化引起的接触压力变化是导致不稳定模态计算结果差异的原因。

复合材料加筋壁板稳定性影响分析

分别运用特征值法和弧长法开展T字型加筋壁板稳定性及其影响因素分析。分析表明:特征值法和弧长法所得结果相近,弧长法分析结果较为安全,特征值法可作为观察模型屈曲位置及模态图的分析方法。加筋壁板屈曲载荷随筋条间距的变化呈抛物线状,较平均的筋条布置有利于加筋壁板的整体稳定性。加筋壁板屈曲载荷随凸缘宽度的变化呈抛物线状,保持筋条横截面面积不变,筋条凸缘宽为60mm时屈曲载荷达到最大值。较小的凸缘宽度会导致筋条屈曲的发生,应在实际设计中予以避免。

挠性空间结构的密集模态特性及影响分析

挠性空间结构周期性构型引起的低频段模态密集问题给振动控制中的控制对象建模、传感器优化配置和控制方案设计等造成困难.本文推导密频结构模态不稳定特性的产生机理,随即证明模态不稳定特性引发模型不确知性,而后基于可控性Gram矩阵的奇异值分析了密集模态的低可控度,并通过分析剩余模态的作用机理,说明模态密集将加剧溢出问题.在分析密集模态特性及影响的同时,给出控制设计中应注意的问题及可能的解决途径,对密频挠性结构在轨振动控制设计具有重要参考价值.

一种界定模态密集程度的新方法

研究了被控对象包含密集模态时对控制的影响,说明了密频系统的模态不稳定特性引起对象模型不准确,给控制器设计造成困难并容易导致控制性能下降。分析了已有的密集模态定义及相关判别准则的不足,针对控制,从密集模态振型不稳定性角度提出了新的基于振型灵敏度的密集模态界定方法,容易辨别出系统的密集模态子集,也可以用于比较不同系统的模态密集程度。算例表明,该方法准确有效,以此界定模态密集程度对振动控制更有意义。

分离压作用下波纹状基底上含活性剂液滴铺展稳定性

针对波纹状基底上含不溶性活性剂液滴的铺展过程,引入受活性剂浓度影响的分离压模型,应用非模态稳定性理论分析液滴铺展稳定性.研究表明:与不计及分离压情形相比,分离压作用下的液滴铺展前沿高度明显下降,液滴铺展速率加快;长波扰动有利于增强液滴的演化稳定性,且随扰动波数增大稳定性增强;然而随短波波数增加,液滴演化稳定性逐渐减弱甚至转变为不稳定;较小波数下(k=3)减小引力强度系数α1和提高斥力强度系数α2液滴铺展稳定性增强;而较大波数下(k=30)增大α1和减小α2有利于液滴铺展稳定性.

包含密集模态的空间结构的模糊主动振动控制

分析和总结了典型密频系统特性及其对控制的影响.针对密频系统的模态不稳定特性及密集模态的低可控度问题,引入一定数量的压电类智能结构作为传感器和作动器,基于独立模态空间设计了针对结构包含密集模态的参数自调整模糊主动振动控制系统.该系统对密频系统的不确定性和溢出干扰项具有鲁棒性,且能充分利用作动器的作动能力,在作动能力有限的前提下,相比于传统控制方法可更为有效地抑制结构振动.最后以典型密频系统在轨工作时受到的两种主要激励模式为例,仿真证实了该方案的正确性和有效性.

基态位涡径向分布对浅水涡旋系统动力稳定性的影响分析

本文基于正压浅水模型,分析基态位涡(Potential Vorticity:PV)结构对热带气旋(Tropical Cyclone:TC)类涡旋系统稳定性及其波动特征的影响.通过引入基态PV结构参数:宽度δ(眼墙内外边界涡度发生陡变的半径长度之比)和中空度γ(眼心相对涡度与内核区域平均相对涡度之比),设计具有相同基流最大切向风速和最大风速半径的170组不同基态PV环结构的敏感性试验,并讨论了不同基态PV结构下涡旋系统最不稳定波数(the most unstable wavenumber:MUWN)和系统最不稳定模态(the most unstable mode of System:MUMS)的特征频率及其不稳定增长率的大小.结果指出:当PV环较宽,系统表现为低波数最不稳定,相应的MUMS为低频波且增长率小;当PV环较窄,系统表现为高波数不稳定,且PV环越实最不稳定波数越高;当PV环窄且空时,MUMS均为中高频波动,且不稳定增长率随PV环的宽度变窄和中空度变空而明显增大.分析典型PV结构下系统演变特征可知,当PV环较宽,MUMS表现为具有平衡约束的低频波动的线性不稳定特征;当PV环趋向窄且空时,MUMS的平衡性约束趋向弱化,同时不稳定增长表现为明显的指数型增长.进一步讨论系统内部非对称结构的形成和传播机制发现,对于弱不稳定的PV环来说,低波数波最不稳定的特征波动具有典型涡旋Rossby波特征;而对于强不稳定的PV环来说,高波数不稳定的特征波动混合波性质明显.