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基于POD和代理模型的高压捕获翼表面流场快速预测方法
1
作者 崔凯 杨靖 +3 位作者 常思源 田中伟 肖尧 李广利 《力学学报》 北大核心 2025年第4期883-894,共12页
高超声速飞行器气动特性的快速预测是其多学科优化设计中的核心环节.当前,针对升力体和翼身组合体等常规气动布局,高超声速气动特性工程计算方法已趋于成熟并得到广泛应用.然而,面对部件间存在显著气动干扰的高压捕获翼新型气动布局,传... 高超声速飞行器气动特性的快速预测是其多学科优化设计中的核心环节.当前,针对升力体和翼身组合体等常规气动布局,高超声速气动特性工程计算方法已趋于成熟并得到广泛应用.然而,面对部件间存在显著气动干扰的高压捕获翼新型气动布局,传统工程计算方法面临显著的局限性.为解决这一问题,文章结合计算流体力学(CFD)技术、本征正交分解(POD)方法与径向基函数代理模型,提出了一种高效准确的高压捕获翼表面流场快速预测方法,并据此构建了完整的气动特性快速预测框架.基于高压捕获翼基本设计原理,综合考虑了关键几何参数和来流条件的影响,对典型构型捕获翼下表面的复杂压强分布进行了预测验证.研究结果表明,当保留13个POD基模态时,所提出的快速预测方法与直接CFD计算结果相比,翼面压强预测的平均相对误差仅为1.6%,气动力预测误差更是低至0.3%.值得注意的是,进一步增加POD基模态数量对预测精度的提升效果并不显著.该方法在确保高精度流场重建和预测的同时,显著提升了计算效率,为高压捕获翼构型的优化设计提供了可靠的技术支持. 展开更多
关键词 高超声速 高压捕获翼 本征正交分解 代理模型 数值仿真
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海豹胡须柱杆件周围流场与气动噪声特性
2
作者 朱剑月 王亚正 +1 位作者 徐俊起 庞加斌 《同济大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期652-660,共9页
基于海豹胡须能有效抑制涡激振动的特殊结构,数值分析了海豹胡须柱杆件周围流场与气动噪声特性。在声学风洞中进行了气动噪声测试,并与具有相同特征长度的圆柱以及椭圆柱杆件进行对比。结果表明,海豹胡须柱鞍面与节点面交错排列的几何... 基于海豹胡须能有效抑制涡激振动的特殊结构,数值分析了海豹胡须柱杆件周围流场与气动噪声特性。在声学风洞中进行了气动噪声测试,并与具有相同特征长度的圆柱以及椭圆柱杆件进行对比。结果表明,海豹胡须柱鞍面与节点面交错排列的几何结构引发流体三维分离,剪切层之间的相互作用减弱,导致尾迹中没有明显的拟序结构、尾迹稳定性显著提升、几何体表面升力脉动被抑制;海豹胡须柱破坏了圆柱尾流规律性脱落的卡门涡街,抑制了所产生气动噪声的谐频峰值,多数频段内声压级幅值降低。气动噪声风洞测试结果验证了数值模拟的准确性。 展开更多
关键词 海豹胡须柱 气动噪声 流场特性 涡脱落 谱本征正交分解
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不同模态分解方法在风力机尾迹蜿蜒分析中的适用性研究
3
作者 王燕 赵桂花 +1 位作者 刘国良 李晔 《农业工程学报》 北大核心 2025年第8期211-221,共11页
为了研究不同模态分解方法在风力机尾迹蜿蜒分析中的适用性问题,该研究采用基于致动线模型的大涡模拟方法对NREL 5.0 MW风力机的尾迹进行数值模拟,分别以本征正交分解方法(proper orthogonal decomposition,POD)、谱本征正交分解方法(sp... 为了研究不同模态分解方法在风力机尾迹蜿蜒分析中的适用性问题,该研究采用基于致动线模型的大涡模拟方法对NREL 5.0 MW风力机的尾迹进行数值模拟,分别以本征正交分解方法(proper orthogonal decomposition,POD)、谱本征正交分解方法(spectral proper orthogonal decomposition,SPOD)和动态模态分解方法(dynamic modal decomposition,DMD)对尾迹结构的流动特征进行了提取与对比分析。结果表明:三种方法均能有效提取尾迹结构并进行低维重构。POD具有最快的收敛速度和更高的流场重构效率,适用于高效构建低阶的流场数据集。使用前85阶模态进行重构时,其误差为8.43%,而使用前314阶模态时,误差降低至5.54%;SPOD可以提取尾迹流场中具有频率信息且在空间上相互正交的稳定模态,在特征频率0.0156 Hz处能量集中度最高,主导模态能量占比超50%,适合分析具有明显时频特性的流动现象。SPOD使用前85阶模态重构时误差为8.38%,前314阶模态重构时误差为8.40%。DMD算法提取的尾迹结构具有明确的频率、增长率等信息,适用于主频结构的特性分析,DMD重构误差与POD相当,前85阶模态重构误差为8.44%,前314阶模态重构误差为5.57%。该研究可为尾迹蜿蜒特性分析中选取更优更适合的方法提供理论指导,也为其他流动结构的模态分析提供参考。 展开更多
关键词 尾迹蜿蜒 本征正交分解 谱本征正交分解 动态模态分解
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基于递归本征正交分解与强跟踪扩展卡尔曼滤波的结构损伤识别
4
作者 杨少冲 姚远 +2 位作者 刘家亮 雷振 方有亮 《振动工程学报》 北大核心 2025年第1期117-125,共9页
针对目前已有损伤识别方法难以实时跟踪结构损伤且计算量大的问题,提出了一种基于递归本征正交分解(recursive proper orthogonal decomposition,RPOD)与强跟踪扩展卡尔曼滤波(strong tracking extended Kalman filter,STEKF)相结合的... 针对目前已有损伤识别方法难以实时跟踪结构损伤且计算量大的问题,提出了一种基于递归本征正交分解(recursive proper orthogonal decomposition,RPOD)与强跟踪扩展卡尔曼滤波(strong tracking extended Kalman filter,STEKF)相结合的模型降阶与结构损伤在线识别方法,对动载荷作用下的结构损伤识别进行了研究。利用RPOD方法在线更新并实时建立反映结构状态的降阶模型,解决未知载荷作用下多自由度结构动力分析计算量大且难以收敛的问题,同时跟踪损伤的演化并对其进行定位;通过STEKF方法跟踪降阶模型的状态向量,识别因损伤而退化的降阶模型参数。分别采用六层剪切型框架的数值模拟与三层钢框架的模型试验验证了该方法的可行性,结果表明,所提出的方法能够准确建立降阶模型并跟踪降阶模型参数的时变历程,同时可以有效地识别出剪切型建筑结构损伤的位置和程度,即使在处理高程度噪声时仍有较高的精度。 展开更多
关键词 损伤识别 模型降阶 递归本征正交分解 强跟踪扩展卡尔曼滤波 数据驱动
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基于场量梯度的快照分区POD降阶计算方法
5
作者 杨帆 张潋镪 +2 位作者 何永胜 王鹏博 姜慧 《高电压技术》 北大核心 2025年第1期31-39,共9页
随着数字化电力系统的不断发展,对高价值电力装备数字孪生模型的研究成为热点。为满足计算的时效性,通常采用模型降阶的方法,其中本征正交分解法(proper orthogonal decomposition,POD)是最为常用的方法之一。传统的POD方法在构造快照... 随着数字化电力系统的不断发展,对高价值电力装备数字孪生模型的研究成为热点。为满足计算的时效性,通常采用模型降阶的方法,其中本征正交分解法(proper orthogonal decomposition,POD)是最为常用的方法之一。传统的POD方法在构造快照时无法高效提取网格节点信息,造成大的计算量、存储资源浪费。为此,该文提出基于场量梯度的快照分区POD降阶计算方法,以快照中各节点场量梯度为依据对计算域进行分区处理,通过对不同分区的节点数量进行不同程度的缩减,实现了高效的POD降阶计算。以换流变阀侧套管极性反转电场作为算例,对该文提出分区降阶方法的可行性及高效性进行了验证。研究结果显示:相较于有限元方法,计算时间缩短97.1%,同时相较于传统的POD方法,其快照中节点数量减少95.2%,节约存储资源91.7%。同时,分区降阶计算的准确率高,平均误差仅为0.80%,实现了对阀侧套管极性反转电场的高效计算。 展开更多
关键词 模型降阶方法 本征正交分解法 场量大梯度 POD快照 换流变 阀侧套管
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不确定性下的固体火箭发动机性能精确代理建模方法 被引量：1
6
作者 时茗扬 李春娜 +1 位作者 刘洋 龚春林 《推进技术》 北大核心 2025年第1期32-41,共10页
为了在保证固体火箭可靠性的同时尽可能提高其运载能力,需要在方案设计阶段的多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)过程中精确量化发动机推力曲线的不确定性。本文针对考虑不确定性的MDO过程中推力曲线的不确定... 为了在保证固体火箭可靠性的同时尽可能提高其运载能力,需要在方案设计阶段的多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)过程中精确量化发动机推力曲线的不确定性。本文针对考虑不确定性的MDO过程中推力曲线的不确定性难以精确量化以及不确定性分析效率过低的问题,提出了一种精确代理建模方法。通过本征正交分解方法实现发动机推力曲线不确定性的降维表达;建立Kriging代理模型来预测降维后模态系数的前4阶统计矩;使用最大熵法建立模态系数的精确概率分布模型,进而得到推力曲线的精确分布。对星型装药发动机的推力不确定性建模结果表明,推力不确定性分布的预测置信度可达98%;单次不确定性分析时间相比蒙特卡洛方法缩短99.92%。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 不确定性建模 最大熵法 本征正交分解 代理模型
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离心喷嘴液膜形态与液膜破碎机制试验研究 被引量：1
7
作者 方传宇 王少林 +8 位作者 王凯兴 刘舆帅 刘富强 杨金虎 曹程 刘存喜 穆勇 徐纲 朱俊强 《力学学报》 北大核心 2025年第2期388-398,共11页
离心喷嘴由于其具有简单可靠的结构以及优异的雾化性能,被广泛应用于航空发动机燃烧室喷嘴.离心喷嘴的性能一定程度上决定了燃烧室的燃烧稳定性能,燃烧组织性能和排放特性.文章采用高速阴影成像技术和相位多普勒粒子测速仪(PDPA)对比研... 离心喷嘴由于其具有简单可靠的结构以及优异的雾化性能,被广泛应用于航空发动机燃烧室喷嘴.离心喷嘴的性能一定程度上决定了燃烧室的燃烧稳定性能,燃烧组织性能和排放特性.文章采用高速阴影成像技术和相位多普勒粒子测速仪(PDPA)对比研究了喷注压力对于离心喷嘴流量系数、喷雾锥角、液膜形态、破碎模式以及粒径分布的影响,系统分析离心喷嘴液膜形态、液膜破碎机制和雾化特性,并使用本征正交分解(POD)方法识别出不同液膜形态下的主要和次要的破碎模式,建立了离心喷嘴液膜形态与雾化特性之间的对应关系,支撑了离心喷嘴雾化性能优化研究.结果发现,随着喷注压力的增大,流量系数和喷雾锥角呈现出先增大后减小的趋势;喷注压力通过改变液膜的液体韦伯数(We)从而改变液膜形态.随着We的增加,液膜的破碎位置逐渐向喷嘴出口处移动,破碎距离逐渐减小,并使得离心喷嘴下游液滴的径向速度增大,大粒径液滴向两侧运动,导致雾锥中心的索太尔平均直径(SMD)迅速下降;离心喷嘴不同的液膜形态包含多种液膜破碎模式,并随着We数增加而演化:随着We数的增加,液膜的主要破碎模式依次为撞击破碎、表面波破碎、穿孔破碎以及湍流破碎,且这4种破碎模式的表面波频率依次增大. 展开更多
关键词 相位多普勒粒子测速仪 高速阴影成像 本征正交分解 液体韦伯数
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基于本征正交分解和克里金代理模型的油浸式变压器绕组温度场快速计算方法 被引量：1
8
作者 张志宇 寇家俊 +2 位作者 张重远 杜振斌 刘刚 《电工技术学报》 北大核心 2025年第7期2215-2225,共11页
为了快速获得各种工况下油浸式电力变压器绕组的温度分布与热点,该文提出了一种基于本征正交分解(POD)与克里金代理模型(KSM)相结合的快速计算方法。首先,基于POD降阶方法对变压器温度场的离散方程组进行降阶,得到降阶模态系数矩阵;其次... 为了快速获得各种工况下油浸式电力变压器绕组的温度分布与热点,该文提出了一种基于本征正交分解(POD)与克里金代理模型(KSM)相结合的快速计算方法。首先,基于POD降阶方法对变压器温度场的离散方程组进行降阶,得到降阶模态系数矩阵;其次,根据不同变压器工况对绕组温度场的影响程度选取重要工况参数,通过拉丁超立方采样形成工况参数矩阵即样本空间;然后,基于KSM方法构建样本空间与对应模态系数的代理模型,跳过对全阶模型的复杂非线性计算,以绕组工况为输入得到模态系数,结合模态高效重构温度场;最后,为验证该方法的有效性及与现有方法相比的优越性,分别用该方法与现有方法对110 kV油浸式变压器绕组八分区仿真模型与绕组温升实验测量数据进行对比分析。算例表明,该文所提方法对于相关测试工况的计算偏差更低,计算精度更高,且计算效率有较大幅度的提升,充分表明了该方法的有效性与优越性。该文所提变压器稳态温度场计算方法可为变压器数字化运维提供技术支撑。 展开更多
关键词 油浸式电力变压器 温度场 本征正交分解 克里金代理模型
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微结构超疏水壁面湍流边界层减阻机理的TR-PIV实验研究 被引量：1
9
作者 刘朝阳 王鑫蔚 +3 位作者 王轩 李彪辉 王宇飞 姜楠 《实验流体力学》 北大核心 2025年第2期54-64,共11页
文章对超疏水微沟槽和微凸柱面湍流边界层的减阻机理进行了实验研究。使用高时间分辨率粒子图像测速仪(TR-PIV)测量了亲水壁面、超疏水微沟槽壁面和超疏水微凸柱壁面湍流边界层内的瞬时速度场,对比分析了3种壁面的壁面摩擦切应力,发现2... 文章对超疏水微沟槽和微凸柱面湍流边界层的减阻机理进行了实验研究。使用高时间分辨率粒子图像测速仪(TR-PIV)测量了亲水壁面、超疏水微沟槽壁面和超疏水微凸柱壁面湍流边界层内的瞬时速度场,对比分析了3种壁面的壁面摩擦切应力,发现2种超疏水壁面都产生了减阻效果,但超疏水微沟槽壁面的减阻率(13.8%)大于超疏水微凸柱壁面(10.2%)。分析湍流边界层内3种壁面对应的平均速度剖面、湍流脉动强度和雷诺切应力剖面,发现流体在超疏水壁面具有滑移速度,且在15+<100区域的同一法向高度上,亲水壁面、超疏水微沟槽和超疏水微凸柱壁面对应的流向湍流脉动强度依次减弱,同时在30+<80区域的同一法向高度上,超疏水微凸柱壁面、亲水壁面和超疏水微沟槽壁面对应的法向湍流脉动强度依次减弱。在整个法向高度上,亲水壁面、超疏水微凸柱壁面和超疏水微沟槽壁面的最大雷诺切应力依次减小。以Λci准则识别出的顺向涡为条件进行条件采样和相位平均,并分别与亲水壁面对比,发现在y+=63附近,超疏水微沟槽壁面展向涡诱导的第四象限事件幅值减弱,其构成的扫掠事件强度减小,进而使阻力减小。为进一步分析湍流脉动能量,使用本征正交分解,对湍流边界层内全场的瞬时脉动速度在时间和流-法向空间上求和并进行无量纲化,以表征流场的脉动程度。结果表明:超疏水微凸柱壁面展向滑移的增阻特性削弱了流向滑移带来的减阻效果;超疏水微沟槽壁面的流向滑移特性能有效抑制湍流脉动,从而达到更好的减阻效果。 展开更多
关键词 壁湍流减阻 超疏水壁面 本征正交分解 尺度分解 相位平均
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基于本征正交分解的风电机组结构在线状态监测
10
作者 金晓航 杨昊旋 +3 位作者 郭远晶 张杰 彭光健 翁泽宇 《太阳能学报》 北大核心 2025年第5期547-555,共9页
为掌握风电机组结构健康状态信息,降低运维成本,避免倒塔、叶片断裂等重大故障的发生,提出一种基于本征正交分解的风电机组大型结构部件的状态监测方法。所提方法使用本征正交分解对结构有限元模型进行降维分析,可减少计算成本,达到在... 为掌握风电机组结构健康状态信息,降低运维成本,避免倒塔、叶片断裂等重大故障的发生,提出一种基于本征正交分解的风电机组大型结构部件的状态监测方法。所提方法使用本征正交分解对结构有限元模型进行降维分析,可减少计算成本,达到在线监测的目的。针对塔筒与叶片的实际情况,分别构建有限元模型并降阶:将塔筒简化为梁的静力学问题,使用本征正交分解构建降阶模型,搭建试验平台验证方法的可行性;将叶片简化为中心刚体-柔性梁模型,通过模型的降阶分析,快速计算获取叶片的瞬态响应。通过与其他方法的对比分析以及结果的讨论,表明所提方法可有效实现风电机组结构部件健康状态的在线监测。 展开更多
关键词 本征正交分解 有限元法 风电机组 状态监测 塔筒 叶片
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结构统计能量分析子系统自动识别方法研究
11
作者 陈强 丁勇军 +1 位作者 张大海 费庆国 《振动工程学报》 北大核心 2025年第7期1465-1473,共9页
统计能量分析是研究结构高频动力学响应的常用方法,合理划分子系统是开展统计能量分析的关键基础。本文发展了一种基于模态能量密度和层次聚类分析的统计能量分析子系统自动识别方法。通过离散化有限元模型获取结构在高频段的模态能量密... 统计能量分析是研究结构高频动力学响应的常用方法,合理划分子系统是开展统计能量分析的关键基础。本文发展了一种基于模态能量密度和层次聚类分析的统计能量分析子系统自动识别方法。通过离散化有限元模型获取结构在高频段的模态能量密度,通过本征正交分解提取模态能量密度的主要特征;基于层次聚类算法分析不同单元间模态能量密度的相似程度,最终获得统计能量分析子系统最优数量及其对应单元。针对T型结构、工型结构、发动机燃烧室开展算例研究验证方法的有效性,结果表明:该方法可以自动识别各部件间耦合关系、子系统数量及对应单元,高效精确地建立统计能量分析模型。 展开更多
关键词 统计能量分析 模态能量 子系统识别 层次聚类分析 本征正交分解
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基于自适应模型降阶的三维非线性磁场快速计算方法
12
作者 刘禹彤 任自艳 +2 位作者 迟连强 张殿海 张艳丽 《电工技术学报》 北大核心 2025年第1期1-12,共12页
为了解决有限元法(FEM)仿真分析中三维非线性磁场计算效率低、成本高的问题,该文提出一种基于本征正交分解(POD)的三维非线性磁场问题自适应模型降阶方法。该方法基于贪婪策略,将POD与径向基函数(RBF)相结合,同时采用改进的麻雀搜索算法... 为了解决有限元法(FEM)仿真分析中三维非线性磁场计算效率低、成本高的问题,该文提出一种基于本征正交分解(POD)的三维非线性磁场问题自适应模型降阶方法。该方法基于贪婪策略,将POD与径向基函数(RBF)相结合,同时采用改进的麻雀搜索算法(ISSA)计算RBF的最优宽度参数组合,构建更适配高阶系统的降阶模型。以TEAM24标准问题——非线性时变旋转实验装置的磁场模型和一台单相牵引变压器模型为算例,验证降阶模型的高效性能。结果表明:该方法在具有较高精度的同时具有高加速比,建立的模型具有较好的可泛化性。 展开更多
关键词 本征正交分解 改进的麻雀搜索算法 模型降阶 贪婪算法 三维非线性磁场
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基于本征正交分解的施工隧道污染物体积分数快速预测
13
作者 赵希望 夏文洁 +5 位作者 王继红 蒋爽 王树刚 吴元金 罗占夫 刘祺君 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第S1期32-41,共10页
为解决传统数值模拟方法计算耗时长、难以满足实时性需求的问题,提出一种本征正交分解与支持向量机相结合的预测方法,旨在实现复杂工况下施工隧道污染物浓度场的快速重构。首先,建立施工隧道爆破后CO运移的数值模型;其次,针对不同炸药... 为解决传统数值模拟方法计算耗时长、难以满足实时性需求的问题,提出一种本征正交分解与支持向量机相结合的预测方法,旨在实现复杂工况下施工隧道污染物浓度场的快速重构。首先,建立施工隧道爆破后CO运移的数值模型;其次,针对不同炸药量和海拔的典型工况,模拟爆破后隧道内CO体积分数分布,以此来获得样本数据集;再次,通过本征正交分解对高维度浓度场数据进行降维处理,基于能量截取前三阶模态作为特征基函数,降低计算的复杂度;最后,采用支持向量机模型建立已知工况参数与模态系数之间的非线性映射关系,实现目标工况下不同时间隧道内CO体积分数的快速预测。研究结果表明:该预测模型具有显著的准确性和高效性。其中,在预测未知炸药量工况下隧道爆破后的CO体积分数时,最大相对误差不大于15%,平均相对误差为2.73%;在预测未知海拔工况下隧道爆破后的CO体积分数时,最大相对误差不大于6%,平均相对误差为1%。此外,该预测模型耗时仅为数值模拟计算耗时的1/600,使施工隧道污染物浓度场的近实时获取成为可能。 展开更多
关键词 施工隧道 污染物体积分数 本征正交分解 支持向量机 快速预测
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基于POD-DNN降阶模型的油浸式变压器绕组稳态温升快速计算方法
14
作者 赵庆贤 刘云鹏 +3 位作者 刘刚 傅榕韵 邹莹 武卫革 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第6期2423-2436,I0033,共15页
为解决油浸式变压器绕组稳态温升计算耗时久的问题,该文提出一种基于POD-DNN降阶模型的快速计算方法。首先,通过绕组稳态温升全阶模型构建快照矩阵,并基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)获得物理系统的模态及模态... 为解决油浸式变压器绕组稳态温升计算耗时久的问题,该文提出一种基于POD-DNN降阶模型的快速计算方法。首先,通过绕组稳态温升全阶模型构建快照矩阵,并基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)获得物理系统的模态及模态系数。然后,建立工况参数与模态系数间的深度神经网络(deep neural networks,DNN)代理模型,解决POD方法中非线性项求解效率低和控制方程依赖强的局限,同时设计网络正则化策略,避免小样本下模型过拟合。最后,将DNN代理模型预测的模态系数与对应的POD模态线性加权,重构绕组温度场。经验证,POD-DNN求解的绕组温升结果与Fluent仿真和试验测量高度一致,计算效率相较于全阶模型和Fluent仿真分别提升了247478倍和23056倍,该算法能够为变压器的在线监测、运行维护和绝缘设计提供技术支撑。 展开更多
关键词 本征正交分解 深度神经网络 绕组稳态温升 快速计算 降阶模型
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煤油值班火焰和组合钝体氢火焰燃烧动态特性试验
15
作者 过蒙蒙 霍伟业 +2 位作者 林宇震 王柏森 王禹澎 《航空发动机》 北大核心 2025年第4期97-105,共9页
为了探究氢燃料在加力燃烧室中的应用前景,以氢燃料间冷发动机为研究对象,开展了(0.2~0.64 kg/s)空气流量下,煤油值班火焰和组合钝体氢火焰的燃烧动态特性研究。在试验过程中,保持煤油和氢气的热功率相同,测量了模型加力燃烧室内煤油火... 为了探究氢燃料在加力燃烧室中的应用前景,以氢燃料间冷发动机为研究对象,开展了(0.2~0.64 kg/s)空气流量下,煤油值班火焰和组合钝体氢火焰的燃烧动态特性研究。在试验过程中,保持煤油和氢气的热功率相同,测量了模型加力燃烧室内煤油火焰和氢火焰的动态压力信号和火焰图像信号,利用快速傅里叶变换、经验模态分解和相空间重构对动态压力进行了分析,同时运用本征正交分解对煤油火焰和氢气火焰的OH^(*)图像进行了分析。结果表明:从动压频谱分析可知,随着空气流量的增大,煤油燃烧动压在不断提高,氢气燃烧动压先提高后保持稳定;在相同工况下,煤油的燃烧动压总是高于氢气的;从相空间图分析可知,煤油和氢气的相空间轨迹未形成极限环,但大部分轨迹比较规则有序,从而呈现间歇振荡状态;从本征正交分解结果分析可知,煤油和氢气火焰振荡形态随空气流量变化而发生显著变化,氢气释热率主要受单一火焰振荡形态所主导,而煤油释热率受多种火焰振荡形态共同作用。 展开更多
关键词 值班火焰 钝体稳定器 氢气燃烧 本征正交分解 经验模态分解 相空间重构 航空发动机
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基于POD-ANN的气冷堆多物理场耦合预测研究
16
作者 曹忠彬 马誉高 +2 位作者 邱志方 黄善仿 魏宗岚 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第7期1427-1436,共10页
由于堆芯中存在不同物理场的相互作用,气冷堆在安全设计方面存在一定挑战,因此有必要构建气冷堆核、热、力等多物理场之间的耦合。但常规的堆芯多物理场耦合计算数据交换和网格映射效率低,且计算资源消耗量大,人工神经网络作为具有强大... 由于堆芯中存在不同物理场的相互作用,气冷堆在安全设计方面存在一定挑战,因此有必要构建气冷堆核、热、力等多物理场之间的耦合。但常规的堆芯多物理场耦合计算数据交换和网格映射效率低,且计算资源消耗量大,人工神经网络作为具有强大非线性拟合能力的方法,与模型降阶方法相结合可以实现多物理场耦合结果的快速获取。本研究针对小型气冷堆进行建模和耦合计算,并分析其堆芯核热力耦合特性,提出基于本征正交分解和人工神经网络(POD-ANN)的堆芯核热力耦合代理模型,以耦合计算结果作为数据基础,经降维和神经网络训练后,实现了核热力耦合结果的预测。结果表明,与应力场、位移场相比,温度场代理模型的预测效果更好。堆芯燃料温度、应力和位移的平均误差分别为1.75 K、1.47 MPa和0.026 mm,平均相对误差均小于3%,可见堆芯代理模型预测值与实际堆芯耦合计算结果符合较好。表明POD-ANN方法具有一定的有效性和可行性,为气冷堆瞬态分析中应用多物理场耦合提供了新的思路和方向。 展开更多
关键词 气冷堆 本征正交分解 人工神经网络 多物理场耦合
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一种高效高精度小样本的流固耦合代理模型
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作者 钱志浩 丁陈森 +4 位作者 许灵辰 郭朝阳 喻月 罗词金 刘谋斌 《力学学报》 北大核心 2025年第4期803-815,共13页
针对传统流固耦合数值模拟计算效率低、建模成本高的技术瓶颈,本研究使用了一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)与高斯过程回归(Gaussian process,GP)的数据驱动降阶模型(reduced order model,ROM)实现了流固耦... 针对传统流固耦合数值模拟计算效率低、建模成本高的技术瓶颈,本研究使用了一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)与高斯过程回归(Gaussian process,GP)的数据驱动降阶模型(reduced order model,ROM)实现了流固耦合问题的代理仿真.通过融合无网格粒子法对流固耦合问题的仿真结果,构建了高保真流场数据集,重点实现了高维流场特征提取与多物理场耦合响应预测两大关键问题,建立了流固耦合ROM.该模型基于POD方法建立流场本征模态空间,实现数百万维流场数据的低维特征表达(维度约简率可达99.8%),并结合GP非参数化建模框架,在仅数十个训练样本的条件下即实现了高精度预测.数值实验表明:在内插情况,模型对流场的平均预测误差在2%左右;当参数外推范围达5%时,最大相对误差仍保持在4.7%以内;即便在参数外推20%的严苛工况下,模型仍能保持定性可靠.效率测试表明:本ROM的计算耗时仅为传统SPH方法的10%左右.该方法可成功应用于:(1)不同密度比工况下的结构沉没过程动力学预测,其流固耦合核心特征捕捉误差在5%左右;(2)水下运动体尾迹场重构,表面波高预测与仿真结果的平均误差约为2%.研究成果为海洋流固耦合问题的分析提供了高效计算工具. 展开更多
关键词 流固耦合 降阶模型 代理模型 高斯过程 本征正交分解
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考虑时空非均匀的特高压阀侧套管数字孪生模型降阶算法研究
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作者 何永胜 袁雅楠 +2 位作者 杨帆 鲁宗相 张施令 《电网技术》 北大核心 2025年第5期2186-2195,共10页
直流特高压输电系统是我国骨干网架的重要组成部分,换流变压器阀侧套管是特高压直流系统的关键薄弱环节,应用数字孪生技术对阀侧套管进行监测意义重大。然而阀侧套管内部狭长复杂结构和时空非线性特性带来数字孪生模型计算量巨大,亟需... 直流特高压输电系统是我国骨干网架的重要组成部分,换流变压器阀侧套管是特高压直流系统的关键薄弱环节,应用数字孪生技术对阀侧套管进行监测意义重大。然而阀侧套管内部狭长复杂结构和时空非线性特性带来数字孪生模型计算量巨大,亟需研究高效的降阶算法。该文提出了适应于特高压阀侧套管的考虑空间、时间非均匀的本征正交分解降阶算法,算法很好地平衡了准确性和时效性,对于其重点研究区域误差范围小于0.01%,非重点研究区域结果能反映其物理量大致变化的情况下,降阶算法耗时仅为全阶仿真模型的5%左右。该研究为特高压阀侧套管数字孪生模型构建提供了重要基础。 展开更多
关键词 阀侧套管 数字孪生 时空非均匀 本征正交分解
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甲烷掺氢比例对轴向分级燃烧反应区分布影响的实验研究
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作者 周毅刚 刘志刚 +2 位作者 贲雅丽 杨柠菁 熊燕 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第5期1780-1790,I0013,共12页
轴向分级燃烧技术具有宽负荷范围内清洁、高效和稳定燃烧的潜在优势,但轴向分级燃烧技术在高含氢燃料条件下易发生反应区靠近喷嘴、贴近壁面等问题。为此,该文提出添加轴向分级喷嘴外环空气气膜改进措施,并开展实验研究,研究烷掺氢比例(... 轴向分级燃烧技术具有宽负荷范围内清洁、高效和稳定燃烧的潜在优势,但轴向分级燃烧技术在高含氢燃料条件下易发生反应区靠近喷嘴、贴近壁面等问题。为此,该文提出添加轴向分级喷嘴外环空气气膜改进措施,并开展实验研究,研究烷掺氢比例(0~100%)对反应区分布影响,并对比典型工况下有无轴向分级喷嘴气膜对反应区抬升的影响。结果表明,随着含氢量增加,反应区贴壁效应更为明显,迎风侧和背风侧反应区抬升存在不同,并通过本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)分析给出反应区动态特性,验证通过增加喷嘴气膜的方式,可有效提高轴向分级反应区抬升高度。结果有助于理解不同含氢量下轴向分级反应区分布,进一步为真实燃气轮机轴向分级喷嘴的设计提供指导。 展开更多
关键词 含氢量 轴向分级 反应区分布 喷嘴气膜 本征正交分解
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模型不确定转子系统动力学降阶模型构建方法
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作者 励精为治 刘保国 +1 位作者 刘彦旭 张义彬 《机电工程》 北大核心 2025年第3期472-480,共9页
转子系统进行动力学建模时引入的不确定因素会使其产生模型不确定性,而采用模型不确定建模法建立的动力学模型通常维数较高。本征正交分解(POD)能够从系统中提取出主要的特征信息,从而在降低模型维数的同时,保留其关键的动力学特性。因... 转子系统进行动力学建模时引入的不确定因素会使其产生模型不确定性,而采用模型不确定建模法建立的动力学模型通常维数较高。本征正交分解(POD)能够从系统中提取出主要的特征信息,从而在降低模型维数的同时,保留其关键的动力学特性。因此,针对转子系统不确定动力学模型维数较高的问题,基于POD方法,提出了一种模型不确定转子系统动力学降阶模型的构建方法。首先,建立了转子系统确定性动力学模型,计算了确定模型的临界转速和振型;然后,根据确定模型的低阶振型和实验振型,对不确定模型的散度参数进行了识别;最后,采用非参数建模法和POD方法建立了模型不确定转子系统动力学的降阶模型,搭建了转子实验台,将不确定降阶模型得到的振动响应均值与实验测得的振动响应进行了对比研究。研究结果表明:当转速在3000 r/min~4000 r/min内,模型不确定降阶模型得到的振动响应均值与实测结果更为接近,差异不超过10%,证明该降阶模型对转子系统动力学特性的描述具有准确性和可靠性。研究结果为高维复杂转子系统的动力学建模方法和更高转速工况下振动特性的预测提供了理论参考。 展开更多
关键词 本征正交分解 转动机件 转子系统 模型不确定 降阶模型 动力学特性 散度参数识别
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