海豹胡须柱杆件周围流场与气动噪声特性

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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

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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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油浸式变压器绕组瞬态温升降阶快速计算方法 被引量：9

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作者 刘刚 胡万君 +2 位作者 郝世缘 刘云鹏 李琳 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期643-657,共15页

油浸式电力变压器绕组温升监测是保证其安全稳定运行的重要手段。为了改善采用有限元方法计算油浸式电力变压器绕组瞬态温升时存在效率不高的问题,提出一种结构保留的本征正交分解(SPOD)与离散经验插值方法(DEIM)相结合的计算策略。首先... 油浸式电力变压器绕组温升监测是保证其安全稳定运行的重要手段。为了改善采用有限元方法计算油浸式电力变压器绕组瞬态温升时存在效率不高的问题,提出一种结构保留的本征正交分解(SPOD)与离散经验插值方法(DEIM)相结合的计算策略。首先,该文采用最小二乘有限元法(LSFEM)与迎风有限元法(UFEM)构建变压器绕组瞬态温升计算控制方程;其次,针对控制方程的特点,引入SPOD方法,通过将采样时间内的计算结果构成快照矩阵,建立降阶模型,降低有限元刚度矩阵的计算阶数,提高求解有限元方程的效率;然后,为了改善本征正交分解方法对于非线性问题效率提升不高的缺陷,结合DEIM算法,对有限元方程中的非线性项进行插值处理,从而减少每一时步形成总体刚度矩阵的时间,进一步提高总体计算效率。为了验证文章所提算法的精确性及高效性,根据油浸式电力变压器绕组的基本特点,建立了单分区分匝绕组传热模型,对其瞬态传热过程进行计算,结果表明:基于SPOD-DEIM的有限元降阶计算能够在保证精度的前提下有效提高计算效率,与全阶计算结果相比,流场与温度场的计算误差均不超过1.5%,且计算效率提升5.1倍。同时,为了充分说明SPOD-DEIM算法在工程应用中的价值,该文基于110 kV变压器绕组搭建了温升实验平台,建立了八分区分匝绕组数值计算模型,对算法的精度、效率及工程应用价值进行了验证及讨论,计算及实验结果表明:精度方面,降阶计算较全阶计算的瞬态全过程计算误差小于2.5%,且与实验结果相比,误差不超过5.41K;效率方面,降阶计算的全过程计算时间为54.28 h,与全阶计算相比,计算效率提升至10.57倍,与商业仿真软件Fluent相比,效率提升至6.37倍,充分说明所提算法的高效性及工程应用价值,为大型电力设备快速仿真提供新思路。 展开更多

关键词 绕组瞬态温升 结构保留 本征正交分解 离散经验插值 降阶计算 温升实验

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具有桥塔风效应的桥梁风场数值模拟 被引量：12

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作者 李黎 胡亮 +1 位作者 樊剑 方秦汉 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2007年第5期14-18,共5页

将特征正交分解型谱表示法运用于模拟具有桥塔风效应的桥梁风场中。首先介绍桥塔风效应和桥梁风场的概率描述,然后结合模态截断技术,介绍特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)型谱表示法,该方法是对常用的原型谱表示法的... 将特征正交分解型谱表示法运用于模拟具有桥塔风效应的桥梁风场中。首先介绍桥塔风效应和桥梁风场的概率描述,然后结合模态截断技术,介绍特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)型谱表示法,该方法是对常用的原型谱表示法的继承和提高,且物理概念更加清晰。通过引入对风速谱矩阵的显式预分解,推导模拟具有桥塔风效应的桥梁风场的简化计算公式,将对付目标功率谱矩阵的特征值分解运算简化为对实矩阵的运算。该方法可用FFT加速,相对于原有的模拟方法具有较高的计算效率。最后,以模拟龙潭河特大桥施工最大双悬臂阶段的脉动风速场为算例,解释了脉动风速过程特征正交分解模态的物理意义,说明该方法的可靠性。在算例中,观察到复杂相关结构下,特征正交分解发生振型交换的现象,并分析其原因。 展开更多

关键词 风场随机模拟 桥塔风效应 谱表示法 特征正交分解(ROD)

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用特征正交分解对各态历经风场的模拟研究 被引量：5

5

作者 胡亮 李黎 +1 位作者 樊剑 顾明 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第2期185-190,共6页

提出了特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)型谱表示法的各态历经风场模拟公式。将双索引频率引入到POD型谱表示法中,推导出了模拟具有各态历经性的脉动风场的计算公式,并证明了该公式模拟所得风场的前二阶统计矩是渐近... 提出了特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)型谱表示法的各态历经风场模拟公式。将双索引频率引入到POD型谱表示法中,推导出了模拟具有各态历经性的脉动风场的计算公式,并证明了该公式模拟所得风场的前二阶统计矩是渐近无偏的和渐近各态历经的,且满足目标统计特性。引入了快速傅立叶变换(FFT)算法以提高模拟的计算效率,并给出了实用的模拟算法流程。通过比较模拟算法的计算精度,说明该算法是一种高精度算法。最后,以对龙潭河特大桥的风场模拟为算例,验证了所提算法的有效性,并分析了算法在计算效率方面的优势。 展开更多

关键词 风场模拟 各态历经性 谱表示法 特征正交分解(POD)

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基于本征正交分解的谱表示法模拟风场的误差 被引量：5

6

作者 胡亮 顾明 李黎 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期12-15,20,共5页

推导了本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)型谱表示法模拟所得平稳正态脉动风场的偏度误差和随机误差。从POD型谱表示法的模拟公式出发,推导了N变量风场模拟结果序列的样本均值、相关函数、功率谱函数和根方差等前二阶... 推导了本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)型谱表示法模拟所得平稳正态脉动风场的偏度误差和随机误差。从POD型谱表示法的模拟公式出发,推导了N变量风场模拟结果序列的样本均值、相关函数、功率谱函数和根方差等前二阶矩统计特征的时域估计表达式;并证明了时域估计相关函数是正态过程,功率谱函数为非正态随机过程。进一步,计算上述样本时域估计二阶矩特征的均值和根方差,即得到了POD型谱表示法模拟所得风场的各统计量时域估计的偏度误差和随机误差,并以此给出了误差计算的通式。算例中统计误差和理论误差值的对比验证了所推导的解析解。 展开更多

关键词 风场模拟 本征正交分解(POD) 谱表示法 误差分析

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基于特征正交分解的空间变异地震动模拟 被引量：5

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作者 胡亮 李黎 樊剑 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第6期685-689,695,共6页

结合模态截断技术,导出了特征正交分解型谱表示法的随机模拟公式.给出了空间变异地震动的随机描述,并通过引入对地震动谱矩阵的预分解,导出了用于平稳空间变异地震动随机模拟的简化计算公式,避免了较耗时的对复矩阵求特征值的运算.简化... 结合模态截断技术,导出了特征正交分解型谱表示法的随机模拟公式.给出了空间变异地震动的随机描述,并通过引入对地震动谱矩阵的预分解,导出了用于平稳空间变异地震动随机模拟的简化计算公式,避免了较耗时的对复矩阵求特征值的运算.简化公式同样可用快速傅立叶变换算法加速,较之原有模拟方法具有较高的计算效率.最后,模拟了龙潭河特大桥桥址处的空间变异地震动,说明了所推导的方法是正确的,同时形象地说明了地震动特征正交分解模态的物理意义. 展开更多

关键词 空间变异性 地震动 谱表示法 特征正交分解(POD)

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使用特征正交分解型谱表示法的汽车受路面激励随机模拟 被引量：4

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作者 胡亮 李黎 樊剑 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2007年第1期136-138,共3页

将特征正交分解型谱表示法用于模拟汽车受路面激励。首先给出了路面不平度对汽车输入的位移随机激励的谱描述。基于路面激励的功率谱矩阵,结合特征正交分解(POD,ProperO rthogonalDecomposition,)型谱表示法的模拟表达式,给出了路面激... 将特征正交分解型谱表示法用于模拟汽车受路面激励。首先给出了路面不平度对汽车输入的位移随机激励的谱描述。基于路面激励的功率谱矩阵,结合特征正交分解(POD,ProperO rthogonalDecomposition,)型谱表示法的模拟表达式,给出了路面激励的显式POD分解,定义了汽车的“路面激励模态”,推导了路面对汽车输入激励随机模拟的简化计算公式。该方法可用FFT来减少计算量以提高计算速度。它由于完全消除掉了原型谱表示法的Cholesky分解过程而具有较高的计算效率和更明确的物理意义。最后,通过对一个四轮轿车在国标GB7031-87中的A级路面不平度下受到的位移随机激励进行模拟,说明了该方法的有效性。 展开更多

关键词 路面不平度 谱表示法 特征正交分解(POD) 随机模拟

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随机风场模拟的连续本征正交分解-随机函数方法 被引量：5

9

作者 刘章军 刘增辉 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第7期32-37,共6页

在时-空随机场的连续本征正交分解(POD)基础上,通过引入正交随机变量集的随机函数表达形式,提出了时-空随机场模拟的连续本征正交分解-随机函数法。基于互功率谱密度函数的连续POD法将时-空随机场表达为有限个本征模态的叠加,实现了对原... 在时-空随机场的连续本征正交分解(POD)基础上,通过引入正交随机变量集的随机函数表达形式,提出了时-空随机场模拟的连续本征正交分解-随机函数法。基于互功率谱密度函数的连续POD法将时-空随机场表达为有限个本征模态的叠加,实现了对原时-空随机场的高效降阶处理;正交随机变量集的随机函数表达,则实现了仅用两个基本随机变量即可在二阶统计意义上对原时-空随机场的精确描述。与传统的POD方法相比,本方法所需的基本随机变量最少,且生成的脉动风速代表性时程可构成一个完备的概率集;最后,以Kaimal脉动风速谱为例,进行了水平向随机风场的模拟分析,验证了该方法的高效精确性。 展开更多

关键词 随机风场 互功率谱密度函数 本征正交分解 随机函数 降维 模拟

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降阶谱解法在索穹顶结构风振分析中的应用 被引量：1

10

作者 孙旭峰 董石麟 孙宇坤 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2008年第12期13-17,共5页

索穹顶是一种具有很强风振敏感性的大跨度柔性结构,考虑到强几何非线性的特点,其风振分析应采用时域法进行。在基于一定的目标谱进行风速时程模拟方面,谱解法相对于其他方法具有精度高、无需引入模型等优点,但求解效率低、时间长。结合... 索穹顶是一种具有很强风振敏感性的大跨度柔性结构,考虑到强几何非线性的特点,其风振分析应采用时域法进行。在基于一定的目标谱进行风速时程模拟方面,谱解法相对于其他方法具有精度高、无需引入模型等优点,但求解效率低、时间长。结合本征正交分解技术对谱解法进行降阶处理,极大地提高了谱解法的求解效率,并且其计算精度可以事先加以预测和控制。针对一肋环型索穹顶结构采用降阶谱解法模拟风速时程,并将模拟风谱与目标谱进行了对比,结果基本一致,说明降阶谱解法可以很好地应用于索穹顶结构的风振分析。 展开更多

关键词 索穹顶 风振 本征正交分解 谱解法 降阶

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压气机叶栅非定常分离流动的模态分解方法对比研究 被引量：5

11

作者 胡佳伟 王掩刚 +2 位作者 刘汉儒 陈为雄 徐永 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期121-129,共9页

以某高负荷压气机叶栅为研究对象,应用模态分解方法研究叶栅附面层分离所产生的旋涡结构形式和波动频率特征,获得了叶栅非定常流动的主导模态和动态行为,探讨了3种模态分解方法(本征正交分解(POD)、动态模态分解(DMD)和谱本征正交分解(S... 以某高负荷压气机叶栅为研究对象,应用模态分解方法研究叶栅附面层分离所产生的旋涡结构形式和波动频率特征,获得了叶栅非定常流动的主导模态和动态行为,探讨了3种模态分解方法(本征正交分解(POD)、动态模态分解(DMD)和谱本征正交分解(SPOD))在叶栅流动特征识别的差异性。研究结果表明:①POD方法准确提取叶栅分离流动主要空间结构,但模态系数存在多频率耦合问题,导致对于叶栅流动的主导模态特征无法清晰识别;②标准DMD方法可以获得叶栅流动时空单频模态,及其增长率和频率,但是该方法捕捉到流场大衰减率的大振幅次优模态,未能获得高频相干结构,导致无法用有限的模态数得到主导特征;③基于谱特征的SPOD方法能够获得时空单频模态,且不存在模态筛选问题,谱估计方法的使用降低了对数值噪声的敏感性,同时该方法获得了叶栅流动的低秩行为,有助于增强对叶栅流动机理的理解。因此,对高负荷压气机叶栅分离流动进行模态分析时,SPOD方法更具优势。 展开更多

关键词 本征正交分解 动态模态分解 谱本征正交分解 单频模态 叶栅流动机理

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不同转向架构型对高速列车列车风及非定常尾迹的影响 被引量：4

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作者 郭婷 夏超 +1 位作者 储世俊 杨志刚 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期94-104,I0002,共12页

随着高速列车速度的不断提升,列车尾部非定常尾迹引起的列车风安全问题越来越凸显。为探究转向架构型对列车风和非定常尾迹的影响,以CRH3两节编组的高速列车缩比模型为研究对象,采用增强型延迟分离涡模拟对三种不同转向架构型,即不对称... 随着高速列车速度的不断提升,列车尾部非定常尾迹引起的列车风安全问题越来越凸显。为探究转向架构型对列车风和非定常尾迹的影响,以CRH3两节编组的高速列车缩比模型为研究对象,采用增强型延迟分离涡模拟对三种不同转向架构型,即不对称转向架、对称转向架和无转向架,进行列车非定常流动的数值模拟研究。通过对比分析列车风时均和脉动速度分布以及尾迹流场结构,同时采用SPOD (Spectral Proper Orthogonal Decomposition)方法对非定常尾迹进行模态分解和流场重构。研究结果表明:三种转向架构型的列车尾迹均是由一对反向旋转的半环形流向交替涡脱落主导;相对于对称转向架构型,不对称转向架底部带来的扰动与尾迹流向涡对的相互作用更强,增加流向交替涡脱落的强度,继而诱导出更高的列车风脉动速度;无转向架的转向架舱及其后缘流动分离产生的大尺度涡脱落导致尾迹流向涡对展向范围更宽,列车风时均速度最大;SPOD方法通过增强相关矩阵的对角相似性,使得提取的主导模态配对性增强,模态峰值频率更加凸显,模态空间分布更加清晰。以上研究结果对高速列车转向架的设计优化有一定参考意义,显示了SPOD方法在高速列车非定常尾迹分析中的优势。 展开更多

关键词 高速列车 谱分析本征正交分解 转向架构型 列车风 非定常尾迹

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