射流泵混合能力的FTLE评价方法 被引量：3

1

作者 赵凯 程怀玉 +2 位作者 龙新平 季斌 赖旭 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第6期556-562,共7页

为研究射流泵混合能力空间分布特征及其影响因素,运用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)对射流泵混合能力进行了评价和分析.首先通过数值模拟得到了计算域上时间和空间离散的速度矢量场;然后使用粒子追踪技术以及虚拟邻近节点FTLE求解方法,... 为研究射流泵混合能力空间分布特征及其影响因素,运用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)对射流泵混合能力进行了评价和分析.首先通过数值模拟得到了计算域上时间和空间离散的速度矢量场;然后使用粒子追踪技术以及虚拟邻近节点FTLE求解方法,完成了FTLE求解程序开发;最后基于FTLE场深入分析了一典型射流泵的混合能力.分析结果表明:稳定运行中的射流泵混合能力维持相对稳定,基本不随时间变化;射流泵沿轴向的平均混合能力先随着剪切层高混合能力区域的扩散而增强,然后随着总体混合能力的衰减而减弱;在流量比越大的运行工况,射流泵虽然能提前进入具有较强混合能力的状态,但持续高强度混合能力的流域长度变短.综合考虑混合能力的强度以及高强度混合能力流域的长度能够更准确地评价射流泵的混合能力. 展开更多

关键词 射流泵 混合能力 有限时间李雅普诺夫指数 粒子追踪 程序设计 空间分布特征

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基于拉格朗日方法的水翼尾缘非定常涡旋结构研究 被引量：4

2

作者 赵宇 王国玉 +2 位作者 黄彪 吴钦 王复峰 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期666-670,共5页

湍流中涡旋结构的非定常脱落是普遍存在的,其脱落规律的研究具有广泛的工程应用背景,探索有效的涡旋结构预测方法具有重大意义.采用基于拉格朗日体系的有限时间李雅普诺夫指数方法对水翼尾缘附近涡旋结构的非定常发展过程进行研究.采用... 湍流中涡旋结构的非定常脱落是普遍存在的,其脱落规律的研究具有广泛的工程应用背景,探索有效的涡旋结构预测方法具有重大意义.采用基于拉格朗日体系的有限时间李雅普诺夫指数方法对水翼尾缘附近涡旋结构的非定常发展过程进行研究.采用大涡模拟方法对水翼周围湍流场进行计算,通过与实验结果进行对比,验证数值模拟方法的合理性与准确性.并在此基础上,对水翼尾缘的非定常涡旋结构进行分析.结果表明:尾缘涡旋非定常动态行为导致水翼动力特征准周期性波动.有限时间李雅普诺夫指数方法可以准确描述尾缘涡的非定常流动细节,拉格朗日拟序结构可以捕捉水翼尾缘涡旋结构和尾迹涡街结构的边界. 展开更多

关键词 水翼 涡旋结构 拉格朗日拟序结构(LCS) 有限时间李雅普诺夫指数方法(ftle)

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水下航行体边界层转捩流动结构实验研究

3

作者 刘瑶瑶 潘翀 +1 位作者 郭辉 刘建华 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期14-22,共9页

采用激光诱导荧光(Laser Induced Fluorescence,LIF)和粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术,对自由湍流条件下SUBOFF模型转捩边界层中的流动结构进行精细测量。实验在北京航空航天大学大型低速回流水洞中进行,SUBOFF模型... 采用激光诱导荧光(Laser Induced Fluorescence,LIF)和粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术,对自由湍流条件下SUBOFF模型转捩边界层中的流动结构进行精细测量。实验在北京航空航天大学大型低速回流水洞中进行,SUBOFF模型长度为1.436 m,基于模型长度和来流速度的实验雷诺数为3.35×10^(5)。采用流动显示灰度场和有限时间李雅普诺夫指数(Finite-Time Lyapunov Exponents,FTLEs)对转捩边界层中的涡结构进行识别,并对转捩过程中发卡涡、二次涡等典型拟序结构的生成演化过程进行分析。采用两点相关方法提取转捩区拟序结构,同时采用椭圆拟合方法计算相干结构倾角,计算结果表明,结构倾角沿法向先增大后减小,在边界层附近达到最大值。为深入研究转捩流动结构特性,发展了基于流动显示的湍流/非湍流界面(T/NT)识别方法,并对界面几何特性进行了研究。研究结果表明,在转捩过程中,界面的法向高度和分形维数沿程增长。 展开更多

关键词 边界层转捩 流动显示 有限时间李雅普诺夫指数 湍流/非湍流界面

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基于非奇异快速积分终端滑模的机械臂鲁棒控制 被引量：4

4

作者 杨杰杰 秦志杰 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2024年第4期73-79,共7页

为了克服机械摩擦、未知负载和模型误差等不确定性因素对机械臂控制精度的影响,采用指数障碍李雅普诺夫函数设计了非奇异快速积分终端滑模有限时间鲁棒控制律。首先,建立了带有各类不确定性因素的机械臂数学模型,并通过设计的观测器准... 为了克服机械摩擦、未知负载和模型误差等不确定性因素对机械臂控制精度的影响,采用指数障碍李雅普诺夫函数设计了非奇异快速积分终端滑模有限时间鲁棒控制律。首先,建立了带有各类不确定性因素的机械臂数学模型,并通过设计的观测器准确地估计出干扰值;然后,利用机械臂转角误差设计了非奇异快速积分终端滑模面,在指数障碍李雅普诺夫函数的基础上,设计出了有限时间鲁棒控制律;最后,通过稳定性分析验证了设计的有限时间鲁棒控制律能够在有效时间内收敛。三自由度机械臂的仿真结果表明:提出的有限时间鲁棒控制律能够有效克服不确定性因素对机械臂控制精度的影响,观测器的最大估计误差为0.1(°)/s 2,机械臂各关节转角的最大跟踪误差为0.1°,验证了设计方法的有效性。在三维空间固定坐标定位实验中,机械臂在提出的有限时间鲁棒控制律作用下的最大定位误差为0.22 cm,最长运行时间为2.2 s,验证了在实际工程应用中能够实现更高的控制精度和运行效率。 展开更多

关键词 机械臂 观测器 指数障碍李雅普诺夫函数 非奇异快速积分终端滑模 有限时间鲁棒控制律

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基于拉格朗日的单螺杆销钉挤出机混沌混合分析 被引量：1

5

作者 李飞 朱向哲 刘俭 《工程塑料应用》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期72-76,共5页

从拉格朗日理论的新视角,分析了高分子聚合物熔体在单螺杆销钉挤出机内的流型结构以及流动行为,揭示了销钉强化聚合物熔体输运和混沌混合的机理。使用有限元软件Polyflow计算了流场的速度分布和混合指数;借助Matlab数学软件进行自主编... 从拉格朗日理论的新视角,分析了高分子聚合物熔体在单螺杆销钉挤出机内的流型结构以及流动行为,揭示了销钉强化聚合物熔体输运和混沌混合的机理。使用有限元软件Polyflow计算了流场的速度分布和混合指数;借助Matlab数学软件进行自主编程对速度场进行积分得到了三种不同销钉挤出机模型的有限时间李雅普诺夫指数。结果显示,在加入销钉之后,单螺杆销钉挤出机流域中出现了圆柱绕流现象,绕流产生的尾迹将撞击螺棱,销钉和螺棱的这种相互作用将加剧聚合物熔体的拉伸作用。每个销钉都将产生尾迹,随着销钉数量的增加,导致流域中产生了更多的尾迹。尾迹与销钉相互作用得到了增强,导致流域中产生了更多的涡结构,说明流域中的大部分熔体处于混沌混合的状态。混沌混合使销钉挤出机内的流体拉伸作用得到了增强,流体的混合指数得到增加,混合效率也逐渐增大。 展开更多

关键词 拉格朗日 单螺杆销钉挤出机 混合指数 有限时间李雅普诺夫指数 混沌混合

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转子相位角对密炼机内流体输运机理的影响 被引量：2

6

作者 李天照 高鹤 朱向哲 《塑料》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期29-33,47,共6页

剪切型异向旋转双转子密炼机广泛应用于高聚物的混合加工过程中。从动力学角度出发,采用拉格朗日拟序结构(LCS)和有限时间李雅普诺夫指数(FTLE),分析了转子不同初始相位角对密炼机可视化流形几何结构动力学特性的影响,得出了异向旋转双... 剪切型异向旋转双转子密炼机广泛应用于高聚物的混合加工过程中。从动力学角度出发,采用拉格朗日拟序结构(LCS)和有限时间李雅普诺夫指数(FTLE),分析了转子不同初始相位角对密炼机可视化流形几何结构动力学特性的影响,得出了异向旋转双转子密炼机内流体输运机理。同时,结合粒子追踪技术,研究了非定常流场下LCS对粒子分布规律的影响。结果表明,不同初始相位角影响了异向旋转双转子密炼机流场LCS的结构稳定性,改变了流域内物质输运特性,流体粒子的运动规律证明了LCS作为流域内的准边界特性。 展开更多

关键词 高聚物 异向旋转密炼机 混沌流形 拉格朗日拟序结构 有限时间李雅普诺夫指数

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平行三螺杆挤出机聚合物混沌混合的拉格朗日拟序结构分析 被引量：6

7

作者 郭大闯 朱向哲 +1 位作者 滕健 李云鹏 《工程塑料应用》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期65-71,共7页

从拉格朗日拟序结构的新视角,对三螺杆挤出机二维流场的动力学特性进行有限元分析。采用4阶Runge-Kutta法计算粒子的运动轨迹,验证了时间步长对计算结果精确度的影响。利用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE),Poincaré截面和粒子可视化... 从拉格朗日拟序结构的新视角,对三螺杆挤出机二维流场的动力学特性进行有限元分析。采用4阶Runge-Kutta法计算粒子的运动轨迹,验证了时间步长对计算结果精确度的影响。利用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE),Poincaré截面和粒子可视化技术分析了三螺杆挤出机流场的混沌混合机理。结果表明,拉伸和折叠作用促进了流体粒子的物质交换。由于在啮合区存在双曲不动点,混合效率较高,啮合区是流场混沌混合的主要区域;在紧靠螺杆壁区域,物质线的闭合导致流体输运受阻,近螺杆区混合效果较差。通过与双螺杆挤出机进行拉格朗日拟序结构(LCS)结构的比较发现,由于啮合区的增加,强化了挤出机流场的混沌混合;通过对数拉伸值的比较,三螺杆挤出机的混合能力优于双螺杆挤出机。 展开更多

关键词 拉格朗日拟序结构 三螺杆挤出机 混沌混合 有限时间李雅普诺夫指数 POINCARÉ截面

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密炼机流体不同转速比混沌混合特性研究 被引量：3

8

作者 刘俭 朱向哲 《塑料工业》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期55-60,共6页

利用有限元法和网格叠加技术,计算了密炼机二维流场的速度场分布。利用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)、拉格朗日拟序结构(LCS)和Poincaré截面等参数,从拉格朗日动力学视角研究了转速比对混沌混合的影响规律。借助李雅普诺夫指数(LE... 利用有限元法和网格叠加技术,计算了密炼机二维流场的速度场分布。利用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)、拉格朗日拟序结构(LCS)和Poincaré截面等参数,从拉格朗日动力学视角研究了转速比对混沌混合的影响规律。借助李雅普诺夫指数(LE)和平均对数拉伸定量分析了不同转速比的密炼机流场混沌混合强度。结果表明,由于密炼机流场中LCS的封闭状态,扭结成为近转子区和远转子区物质交换的通道。转速为15 r/min∶15 r/min密炼机流场的扭结折叠尺度强于转速为15 r/min∶5 r/min,因此同步周期性转子密炼机具有相对较高的混合效率。为密炼机流体的流动和混合机理研究提供了新的研究思路和方法。 展开更多

关键词 密炼机 转速比 有限时间李雅普诺夫指数 拉格朗日拟序结构 Poincar6截面

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基于拉格朗日法偏心双螺杆挤出机混合机理分析 被引量：3

9

作者 滕健 王东阳 朱向哲 《中国塑料》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期57-62,共6页

利用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)和拉格朗日拟序结构(LCS),并结合混合指数和瞬时混合效率等,对比分析了偏心距为0、2、4 mm的3种偏心双螺杆挤出机流场内的混合特性。结果表明,当偏心距为4 mm时,偏心双螺杆挤出机中流体粒子的遍历范围... 利用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)和拉格朗日拟序结构(LCS),并结合混合指数和瞬时混合效率等,对比分析了偏心距为0、2、4 mm的3种偏心双螺杆挤出机流场内的混合特性。结果表明,当偏心距为4 mm时,偏心双螺杆挤出机中流体粒子的遍历范围较大,拉格朗日拟序结构较为完整;流域中存在双曲不动点,流体粒子经历了相对较好的拉伸和压缩作用。通过瞬时混合效率参数分析表明,偏心距为4 mm的偏心双螺杆挤出机的混合效率优于其他2种模型。 展开更多

关键词 偏心双螺杆挤出机 拉格朗日拟序结构 有限时间李雅普诺夫指数 混合指数 瞬时混合效率

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副螺棱周期性扰动对单螺杆挤出机流体混沌混合的影响 被引量：1

10

作者 刘俭 朱向哲 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期60-66,253,共8页

从拉格朗日拟序结构的新视角,对扰动副棱单螺杆挤出机螺槽展开结构混沌流场的流体输运机理进行研究。采用有限元法,利用网格叠加技术,计算了扰动副棱单螺杆挤出机螺槽展开结构流体的二维流场分布,采用4阶Runge-Kutta法追踪了挤出机内流... 从拉格朗日拟序结构的新视角,对扰动副棱单螺杆挤出机螺槽展开结构混沌流场的流体输运机理进行研究。采用有限元法,利用网格叠加技术,计算了扰动副棱单螺杆挤出机螺槽展开结构流体的二维流场分布,采用4阶Runge-Kutta法追踪了挤出机内流体粒子的演变过程,并与可视化实验结果进行了比较,验证了数值模拟的可靠性。在此基础上,利用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)、拉格朗日拟序结构(LCS)、Poincaré截面等研究了扰动副棱单螺杆挤出机内流体的混沌混合特性;分析了副螺棱宽度和高度等参数对混沌流场流型结构的影响。研究结果表明:带副螺棱的单螺杆挤出机流场中同宿点引发了混沌混合;副螺棱的高度是控制混沌流场的重要参数之一,增加副螺棱高度可以在一定程度上增大"扭结"的作用尺度,增加流体的拉伸和折叠作用,减小规则区的面积,有效提高设备的混合效率。 展开更多

关键词 扰动副棱单螺杆挤出机 混沌混合 有限时间李雅普诺夫指数 拉格朗日拟序结构 POINCARÉ截面

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矢量场拓扑分析及其在可视化中的应用 被引量：2

11

作者 李超 吴玲达 赵彬 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第10期2352-2358 2364,2364,共8页

矢量场拓扑分析是矢量场特征可视化的重要手段,通过提取矢量场的拓扑结构作为矢量场特征,帮助用户筛选重要数据,降低可视化的遮挡和视觉混乱问题,是流场可视化领域的前沿研究。介绍了矢量场拓扑分析涉及的数学基础,总结了不同类型矢量... 矢量场拓扑分析是矢量场特征可视化的重要手段,通过提取矢量场的拓扑结构作为矢量场特征,帮助用户筛选重要数据,降低可视化的遮挡和视觉混乱问题,是流场可视化领域的前沿研究。介绍了矢量场拓扑分析涉及的数学基础,总结了不同类型矢量场拓扑分析的方法和成果,比较了其优缺点,构建了矢量场拓扑分析的知识体系。拓展了拓扑分析在矢量场可视化中的应用和意义,展示了矢量场拓扑分析与其他可视化手段结合的应用前景。 展开更多

关键词 矢量场 拓扑分析 临界点 分界线 有限时间李雅普诺夫指数 拉格朗日拟序结构

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