稀疏化动态模态分解算法在发动机缸内流场研究中的应用

发布时间：2021-03-10 23:49

　　采用大涡数值模拟方法模拟了发动机缸内冷态流场,连续计算100个周期,获得了缸内多循环流场数据库,模拟结果通过粒子图像速度场测量技术（PIV）测量试验进行了验证.然后,采用动态模式分解（DMD）算法分析动态非线性系统流场数据库,以识别其流动特性.结果表明:DMD算法能够有效识别缸内涡团脉动频率,提取对应的流场结构,有利于发现在发动机整个工作过程中具有大衰变率的不稳定流场结构.此外,改进的"稀疏化"DMD算法可有效地对最重要的流场结构进行低维近似,这将有利于寻找影响和控制发动机缸内流场动态演化的方法. 

【文章来源】：内燃机学报. 2020,38(05)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

滚流平面示意

着缸内整体流动形态．伴随着活塞的下行，进气射流强度持续下降，缸内整体流动形态也从进气射流演化为大尺度滚流，该大尺度流动特征一直延续到压缩冲程阶段．无论是较大尺度的整体运动形态，还是局部小尺度涡团结构，模拟结果和试验结果对比吻合，说明采用的动态结构大涡模拟模型可以比较真实地再现发动机缸内流场．即计算得到的缸内流场数据库可以用来进行DMD算法后处理数据加工．DMD算法的特征值μ呈现复共轭特性，其分布在复数坐标系平面单位圆附近．若某个特征值落在（a）缸体俯视（b）缸体剖面图1滚流平面示意Fig.1Tumbleplane单位圆上，则说明拥有该特征值的DMD模态所捕获的那部分流场结构处于稳定状态(其强度在整个流场演变过程中保持恒定，不会衰减或增大)，即特征值距离单位圆的距离可被认为是各个DMD模态捕获的流场结构稳定性的判据．在实际应用中，常将复数特征值对数化处理，即log/2iiλ=μπΔt(11)其物理解释为，特征值实部Re()iλ表示第i个DMD模态对应的流场结构强度耗散率或增长率；特征值虚部Im()iλ表示流场结构脉动频率．研究中共使用了连续100个周期的缸内流场数据进行DMD算法处理，即在每个曲轴转角时刻均可得到99个DMD模态．图4为180°CAATDC时刻下的DMD模态特征值在复数坐标平面内的分布情况．大部分DMD模态捕获的流场结构强度近似处于（a）90°CAATDC（b）180°CAATDC（c）270°CAATDC图2大涡模拟滚流速度场Fig.2LESvelocityfieldintumbleplane

刀允???恚??log/2iiλ=μπΔt(11)其物理解释为，特征值实部Re()iλ表示第i个DMD模态对应的流场结构强度耗散率或增长率；特征值虚部Im()iλ表示流场结构脉动频率．研究中共使用了连续100个周期的缸内流场数据进行DMD算法处理，即在每个曲轴转角时刻均可得到99个DMD模态．图4为180°CAATDC时刻下的DMD模态特征值在复数坐标平面内的分布情况．大部分DMD模态捕获的流场结构强度近似处于（a）90°CAATDC（b）180°CAATDC（c）270°CAATDC图2大涡模拟滚流速度场Fig.2LESvelocityfieldintumbleplane


本文编号：3075489