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通过轴对称断裂对整体不稳定射流进行异步和同步淬火。 (英语) Zbl 07483965号

小结:我们通过实验探索了是否可以利用轴对称破缺来开环控制原型水动力振荡器,即表现出整体自激轴对称振荡的低密度惯性射流。我们发现,当以低振幅横向或轴向受力时,射流总是首先通过Neimark-Sacker分岔从周期-1极限环过渡到(mathbb{T}^2)准周期。然而,我们发现随后从(mathbb{T}^2)准周期性到(1:1)锁定的转变取决于所应用扰动的空间对称性:轴向力在小失谐量下诱导鞍节点分岔,而在大失谐量时诱导逆Neimark-Sacker分岔,而横向强迫总是导致逆Neimark-Sacker分岔,与失谐无关。重要的是,我们发现,只有横向强迫才能使自然模式的异步和同步猝灭发生,而强迫模式没有共振或非共振放大,从而导致所有失谐值的整体响应幅值大大降低。由此,我们得出结论,与通过轴向力保持射流轴对称相比,通过横向力破坏射流轴对称是一种更有效的控制策略。最后,我们证明,仅用两个强迫耦合的范德波尔振荡器就可以对观测到的同步现象进行定性建模。这种简单的低维模型在捕捉多模态水动力系统的复杂同步动力学方面的成功为轴对称破缺开辟了新的机会,可用于其他全球不稳定流动的开环控制。

理学硕士:

76-05 流体力学相关问题的实验工作
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参考文献:

[1] Abel,M.、Ahnert,K.和Bergweiler,S.2009声源同步。物理学。修订稿103(11),114301。
[2] Æsöy,E.,Aguilar,J.,Worth,N.A.&Dawson,J.R.2021轴对称射流在驻波中不同位置的响应。《流体力学杂志》917,A16·兹比尔1493.76042
[3] Aronson,D.G.,Ermentrout,G.B.&Kopell,N.1990耦合振荡器的振幅响应。《物理学》D41(3),403-449·Zbl 0703.34047号
[4] Baek,S.J.和Sung,H.J.2000旋转振荡圆柱尾迹的准周期性。《流体力学杂志》408275-300·Zbl 0967.76029号
[5] Balanov,A.,Janson,N.,Postnov,D.&Sosnovtseva,O.2009同步:从简单到复杂。斯普林格·Zbl 1163.34001号
[6] Bauerheim,M.,Salas,P.,Nicoud,F.&Poinsot,T.2014环形腔中方位热声模式的对称破缺:理论研究。《流体力学杂志》760431-465·Zbl 1331.76108号
[7] Bellows,B.D.、Hreiz,A.和Lieuwen,T.2008预混燃烧室中受迫和自激声振荡之间的非线性相互作用。J.普罗普尔。电源24(3),628-631。
[8] Blimbaum,J.、Zanchetta,M.、Akin,T.、Acharya,V.、O'Connor,J.,Noble,D.R.和Lieuwen,T.2012环形燃烧室中的横向到纵向声耦合过程。国际喷雾燃烧杂志。4(4),275-297。
[9] Bogoliubov,N.N.和Mitropolsky,Y.A.1961《非线性振动理论中的共鸣方法》,第2版。CRC出版社·Zbl 0151.12201号
[10] Bothien,M.R.、Noiray,N.和Schuermans,B.2015环形燃气轮机燃烧室方位热声模式分析。事务处理。ASME J.工程燃气轮机功率137(6),061505·Zbl 1229.80015号
[11] Bourgouin,J.F.、Durox,D.、Moeck,J.P.、Schuller,T.和Candel,S.2015配备多个矩阵喷射器的环形燃烧室内旋转热声不稳定性的表征和建模。事务处理。ASME J.工程燃气轮机功率137(2),021503。
[12] Broze,G.&Hussain,F.1994强迫过渡射流的非线性动力学:周期和混沌吸引子。《流体力学杂志》263、93-132。
[13] Cao,L.1997确定标量时间序列最小嵌入维数的实用方法。物理D110(1),43-50·Zbl 0925.62385号
[14] Cartwright,J.H.E.,Eguíluz,V.M.,Hernández-García,E.&Piro,O.1999弹性可激发介质动力学。国际分叉混沌杂志9(11),2197-2202·Zbl 1192.74204号
[15] Chakravarthy,R.V.K.,Lesshaft,L.&Huerre,P.2018浮力射流和羽流的全球稳定性。《流体力学杂志》835,654-673·Zbl 1421.76069号
[16] Chomaz,J.M.2005空间发展流中的全球不稳定性:非正态性和非线性。每年。《流体力学评论》37,357-392·Zbl 1117.76027号
[17] Chomaz,J.M.、Huerre,P.和Redekopp,L.G.1988空间发展流中的局部和全球模式。物理学。修订稿60(1),25-28。
[18] Coenen,W.、Lesshaft,L.、Garnaud,X.和Sevilla,A.2017低密度射流的全球不稳定性。《流体力学杂志》820187-207·Zbl 1383.76397号
[19] Coenen,W.和Sevilla,A.2012低密度喷流近场中绝对不稳定区域的结构。《流体力学杂志》713123-149·Zbl 1284.76152号
[20] Coenen,W.,Sevilla,A.&Sánchez,A.L.2008圆形喷射管中出现的光射流的绝对不稳定性。物理学。流体20(7),074104·Zbl 1182.76158号
[21] Da Silva,C.B.&Métais,O.2002分叉射流的旋涡控制:数值研究。物理学。流体14(11),3798-3819·Zbl 1185.76100号
[22] Danaila,I.和Boersma,B.J.2000分叉射流的直接数值模拟。物理学。流感12(5),1255-1257·Zbl 1149.76355号
[23] Davidian,J.、Getsinger,D.、Hendrickson,C.和Karagozian,A.R.2010a横向喷流剪切层向全球不稳定性过渡。《流体力学杂志》661,294-315·Zbl 1205.76008号
[24] Davidian,J.、Hendrickson,C.、Getsinger,D.、M'closkey,R.T.和Karagozian,A.R.2010b横向射流剪切层不稳定性的战略控制。美国汽车协会J.48(9),2145-2156。
[25] Dewan,E.M.1972范德波尔振荡的谐波夹带:锁相和异步猝灭。IEEE传输。自动。控制17(5),655-663。
[26] Douglas,C.M.,Emerson,B.L.,Hemchandra,S.&Lieuwen,T.C.2021湍流旋转环形射流火焰的强制流响应分析。物理学。流体33(8),085124。
[27] Drazin,P.G.&Reid,W.H.2004《流体动力稳定性》,第2版。剑桥大学出版社·Zbl 1055.76001号
[28] Fraser,A.M.&Swinney,H.L.1986奇怪吸引子的相互信息独立坐标。物理学。修订版A33(2),1134-1140·Zbl 1184.37027号
[29] Ghirardo,G.和Juniper,M.P.2013环形燃烧室中的方位不稳定性:静止和旋转模式。程序。R.Soc.A469(2157),20130232。
[30] Ghirardo,G.、Juniper,M.P.和Moeck,J.P.,2016环形燃烧室热声不稳定性的弱非线性分析。《流体力学杂志》805、52-87·Zbl 1454.80010号
[31] Gohil,T.B.&Saha,A.K.2019强制圆形射流的数值模拟:扑翼扰动的影响。物理学。流体31(8),083602。
[32] Guan,Y.,Gupta,V.,Kashinath,K.&Li,L.K.B.2019a周期性热声振荡的开放式控制:同步框架中的实验和低阶建模。Proc。库布斯特。Inst.37(4),5315-5323。
[33] Guan,Y.,Gupta,V.,Wan,M.&Li,L.K.B.2019b热声系统中准周期振荡的强迫同步。《流体力学杂志》879,390-421·Zbl 1430.76420号
[34] Guan,Y.,He,W.,Murugesan,M.,Li,Q.,Liu,P.&Li,L.K.B.2019c使用瞬态强迫、滞后和模式切换控制自激热声振荡。库布斯特。火焰202262-275。
[35] Guan,Y.,Moon,K.,Kim,K.T.和Li,L.K.B.2021两个湍流热声振荡器之间相互同步的低阶建模。物理学。版本E104(2),024216。
[36] Guan,Y.,Murugesan,M.&Li,L.K.B.2018受到外部周期性强迫的自激热声振荡器中奇怪的非混沌吸引子。混沌28(9),093109。
[37] Hallberg,M.P.,Srinivasan,V.,Gorse,P.&Strykowski,P.J.2007使用余流抑制低密度轴对称射流中的整体模式。物理学。流体19(1),014102·Zbl 1146.76402号
[38] Hallberg,M.P.和Strykowski,P.J.2006关于低密度轴对称射流中整体模式的普遍性。《流体力学杂志》569、493-507·Zbl 1104.76009号
[39] Hallberg,M.P.和Strykowski,P.J.2008全非线性自激振荡的开环控制。物理学。流体20(4),041703·Zbl 1182.76302号
[40] Hauser,M.、Lorenz,M.和Sattelmayer,T.2010燃烧器引道气流横向声激励对火焰结构的影响。2010年美国机械工程师协会涡轮展:陆、海、空动力,第803-812页。美国机械工程师协会。
[41] Huerre,P.&Monkewitz,P.A.1990空间发展流中的局部和全局不稳定性。每年。《流体力学评论》22,473-537·Zbl 0734.76021号
[42] Hyodo,H.&Biwa,T.2018热声振荡器强制同步中观察到的锁相和抑制状态。《物理学杂志》。Soc.Japan87(3),034402。
[43] Jang,S.H.&Ih,J.G1998关于在平均流量下测量管道内声学特性的多传声器方法。J.声学。Soc.Am.103(3),1520-1526年。
[44] Jendoubi,S.&Strykowski,P.J.1994具有外流的轴对称射流的绝对和对流不稳定性。物理学。流体6(9),3000-3009·Zbl 0835.76030号
[45] Juniper,M.P.2012燃气轮机燃料喷射器的绝对不稳定性和对流不稳定性。美国机械工程师学会涡轮展论文集。ASME国际燃气轮机协会,GT2012-68253。
[46] Juniper,M.P.,Li,L.K.B.&Nichols,J.W.2009自激圆射流扩散火焰的强迫。程序。库布斯特。第32(1)号指令,1191-198。
[47] Kantz,H.&Schreiber,T.2003非线性时间序列分析,第2版。剑桥大学出版社·Zbl 1050.62093号
[48] Karagozian,A.R.2010横向喷流及其控制。掠夺。能源燃烧。科学36(5),531-553。
[49] Karniadakis,G.E.&Triantafylou,G.S.1989层流尾迹中的频率选择和渐近状态。《流体力学杂志》199,441-469·Zbl 0659.76043号
[50] Kashinath,K.,Li,L.K.B.和Juniper,M.P.2018周期和非周期热声振荡的强制同步:锁定、分叉和开环控制。《流体力学杂志》838、690-714·兹比尔1419.76575
[51] Keen,B.E.&Fletcher,W.H.W1969等离子体中非线性共振效应对离子声不稳定性的抑制和增强。物理学。修订稿23(14),760。
[52] Keen,B.E.和Fletcher,W.H.W.1970通过“异步淬火”方法抑制等离子体不稳定性。物理学。修订稿24(4),130。
[53] Koopmann,G.H.1967低雷诺数下振动圆柱的涡旋尾迹。《流体力学杂志》28(3),501-512。
[54] Kyle,D.M.&Sreenivasan,K.R.1993圆形可变密度射流的不稳定性和破裂。《流体力学杂志》249、619-664。
[55] Lee,M.,Zhu,Y.,Li,L.K.B.&Gupta,V.2019通过噪声诱导动力学对低密度射流进行系统识别。《流体力学杂志》862,200-215·Zbl 1415.76191号
[56] Lespinasse,F.、Baillot,F.和Boushaki,T.2013高频横向声场中V型火焰从速度波腹到压力波腹的响应。C.R.Méc341(1-2),110-120。
[57] Lesshaft,L.&Huerre,P.2007热圆射流中的线性脉冲响应。物理学。流体19(2),024102·Zbl 1146.76462号
[58] Lesshaft,L.、Huerre,P.和Sagaut,P.2007全球不稳定圆形喷气机的频率选择。物理学。流体19(5),054108·Zbl 1146.76463号
[59] Lesshaft,L.、Huerre,P.、Sagaut,P.和Terracol,M.2006热喷流中的非线性全局模式。《流体力学杂志》554,393-409·Zbl 1091.76017号
[60] Lesshaft,L.&Marquet,O.2010射流绝对不稳定性开始的最佳速度和密度剖面。《流体力学杂志》662、398-408·Zbl 1205.76114号
[61] Li,L.K.B.和Juniper,M.P.2013a强迫流体动力学自激射流中的锁定和准周期性。《流体力学杂志》726、624-655·兹比尔1287.76015
[62] Li,L.K.B.和Juniper,M.P.2013b流体动力学自激火焰中的锁定和准周期性:实验和建模。程序。库布斯特。仪器34(1),947-954。
[63] Li,L.K.B.和Juniper,M.P.2013c强迫流体动力自激射流中的相位捕获和滑移。《流体力学杂志》735(R5),1-11·Zbl 1294.76029号
[64] Lubarsky,E.、Shcherbik,D.、Bibik,A.和Zinn,B.T.2003通过非相干燃料流量调制对燃烧振荡进行主动控制。第九届AIAA/CEAS空气声学会议和展览,第3180页。美国汽车协会。
[65] Lucero,J.C.和Schoentgen,J.2013用耦合van der Pol振荡器模拟声带不对称。《声学会议记录》,第19卷,第060165页。美国声学学会。
[66] Marques,F.&Lopez,J.M.2006小比例Taylor-Couette流中三维非稳态的开始。《流体力学杂志》561、255-277·Zbl 1157.76326号
[67] Minorsky,N.1967关于“异步淬火”的评论。IEEE传输。自动。控制12(2),225-227。
[68] Minorsky,N.1974非线性振动。克里格出版社。
[69] Mondal,S.、Pawar,S.A.和Sujith,R.I.2019热声系统中周期振荡的强制同步和异步猝灭。《流体力学杂志》864,73-96·Zbl 1415.76569号
[70] Monkewitz,P.A.,Bechert,D.W.,Barsikow,B.&Lehmann,B.1990,加热圆形射流中的自激振荡和混合。《流体力学杂志》213、611-639。
[71] Monkewitz,P.A.&Sohn,K.D.1988热喷流中的绝对不稳定性。美国汽车协会J.26(8),911-916。
[72] Murugesan,M.、Zhu,Y.和Li,L.K.B.2019流体动力自激射流中强制同步的复杂网络分析。国际热流杂志76,14-25。
[73] Nayfeh,A.H.&Mook,D.T.1995非线性振动。约翰·威利父子公司。
[74] Noiray,N.、Bothien,M.和Schuermans,B.2011环形燃气轮机中方位分段概念的研究。库布斯特。西奥。模型15(5),585-606·Zbl 1229.80015号
[75] Noiray,N.和Schuermans,B.2013a表征燃气轮机燃烧室中噪声驱动Hopf分叉的确定量。国际非线性力学杂志50,152-163。
[76] Noiray,N.和Schuermans,B.2013b关于环形燃气轮机燃烧室中方位热声模式的动态性质。程序。R.Soc.A469(2151),20120535。
[77] Oberleithner,K.,Stöhr,M.,Im,S.H.,Arndt,C.M.&Steinberg,A.M.2015旋流燃烧器中旋进涡核的形成和火焰诱导抑制:实验和线性稳定性分析。库布斯特。火焰162(8),3100-3114。
[78] O'Connor,J.、Acharya,V.和Lieuwen,T.2015横向燃烧不稳定性:声学、流体力学和火焰过程。掠夺。能源燃烧49,1-39。
[79] O'Connor,J.&Lieuwen,T.2011横向激励燃烧器的扰动场特征。库布斯特。科学。Technol.183(5),427-443。
[80] O'Connor,J.&Lieuwen,T.2012a横向激励旋流稳定火焰中扰动场的进一步表征。事务处理。ASME J.工程燃气轮机功率134(1),011501。
[81] O'Connor,J.&Lieuwen,T.2012b横向激励涡流和火焰的再循环区动力学。物理学。流体24(7),2893-2900。
[82] Odajima,K.、Nishida,Y.和Hatta,Y.1974漂移波不稳定性的同步猝灭。物理学。流体17(8),1631-1633。
[83] Ohe,K.和Takeda,S.1974正柱中电离波的异步淬火和共振激发。贝特。等离子体-续14(2),55-65。
[84] Olinger,D.J.1992毛细射流滴落模式下的锁定状态。实验流体15(2),155-158。
[85] Olinger,D.J.和Sreenivasan,K.R.1988振荡圆柱尾迹的非线性动力学。物理学。修订稿60(9),797-800。
[86] Parekh,D.、Reynolds,W.和Mungal,M.1987双模声激励下圆形空气射流的分叉。在第25届AIAA航空航天科学会议上,AIAA论文1987-164。美国汽车协会。
[87] Pikovsky,A.S.、Rosenblum,M.G.和Kurths,J.2003同步:非线性科学中的一个普遍概念。剑桥大学出版社·Zbl 1219.37002号
[88] Van Der Pol,B.1926关于弛豫振荡。Phil.Mag.2(11),978-992年。
[89] Provansal,M.、Mathis,C.和Boyer,L.1987Bénard-von Kármánán不稳定性:瞬态和强制政体。《流体力学杂志》182,1-22·Zbl 0641.76046号
[90] Qadri,U.A.、Chandler,G.J.和Juniper,M.P.2018低密度喷气机中全球不稳定性的被动控制。欧洲机械工程师协会。B/液体72、311-319·兹比尔1408.76245
[91] Reynolds,W.C.,Parekh,D.E.,Juvent,P.J.D.&Lee,M.J.D.2003支流和开花喷气机。每年。《流体力学评论》35(1),295-315·Zbl 1125.76322号
[92] Reynolds,W.C.&Potter,M.C.1967平行剪切流的有限振幅不稳定性。《流体力学杂志》27(3),465-492·Zbl 0166.46102号
[93] Rigas,G.、Jamieson,N.P.、Li,L.K.B.和Juniper,M.P.,2016热声系统的实验灵敏度分析和控制。《流体力学杂志》787,R1。
[94] Rowley,C.W.和Dawson,S.T.M.2017流量分析和控制模型简化。每年。《流体力学评论》49,387-417·Zbl 1359.76111号
[95] Roy,A.、Mondal,S.、Pawar,S.A.和Sujith,R.I.2020关于层流预混燃烧室热声不稳定性的开环控制机制。《流体力学杂志》884,A2·Zbl 1460.76159号
[96] Saurabh,A.、Moeck,J.P.和Paschereit,C.O.2017涡流火焰对同时出现的轴向和横向速度波动的响应。事务处理。ASME J.工程燃气轮机功率139(6),061502。
[97] Saurabh,A.&Paschereit,C.O.2017横向声波波动影响下预混旋流火焰的动力学。库布斯特。火焰182,298-312。
[98] Schmid,P.J.2010数值和实验数据的动态模式分解。《流体力学杂志》656,5-28·Zbl 1197.76091号
[99] Schmid,P.J.&Henningson,D.S.2001剪切流中的稳定性和过渡。斯普林格·Zbl 0966.76003号
[100] Schmid,P.J.、Henningson,D.S.和Jankowski,D.F.2002剪切流的稳定性和过渡。申请。机械。修订版55(3),B57-B59。
[101] Seybert,A.F.&Ross,D.F.1977使用双传声器随机激励技术进行声学特性的实验测定。J.声学。《社会修正案》61(5),1362-1370。
[102] Shoji,T.、Harris,E.W.、Besnard,A.、Schein,S.G.和Karagozian,A.R.2020横向喷射锁定和准周期性。物理学。流体版本5(1),013901。
[103] Sipp,D.&Lebedev,A.2007基流和平均流的全局稳定性:圆柱流和空腔流的一般方法及其应用。《流体力学杂志》593333-358·Zbl 1172.76318号
[104] Smith,T.、Emerson,B.、Proscia,W.和Lieuwen,T.2018a感应轴向声学在横向声火焰响应中的作用。库布斯特。火焰.195140-150。
[105] Smith,T.E.,Douglas,C.M.,Emerson,B.L.&Lieuwen,T.C.2018b强制螺旋火焰的轴向演变和流动扰动。《流体力学杂志》844、323-356·Zbl 1451.76050号
[106] Sreenivasan,K.R.,Raghu,S.和Kyle,D.1989变密度圆形射流中的绝对不稳定性。实验流体7(5),309-317。
[107] Srinivasan,V.、Hallberg,M.P.和Strykowski,P.J.2010轴对称低密度射流的粘性线性稳定性:影响绝对不稳定性的参数。物理学。流体22(2),024103·Zbl 1183.76497号
[108] Stansby,P.K.1976均匀流和剪切流中圆柱的横流振动导致旋涡脱落的锁定。《流体力学杂志》74(4),641-665。
[109] Staubli,T.&Rockwell,D.1987不稳定平面射流与摆动前缘的相互作用。《流体力学杂志》176、135-167。
[110] Strogatz,S.H.1994非线性动力学与混沌。珀尔修斯出版社。
[111] 铃木,H.,Kasagi,N.和铃木,Y.2004使用分布式电磁襟翼致动器对轴对称射流进行主动控制。实验流体36(3),498-509。
[112] 拍摄,F.1981在湍流中检测奇怪吸引子。《动力系统与湍流》(编辑:D.A.Rand&L.S.Young),数学课堂讲稿,第898卷,第366-381页。施普林格·Zbl 0513.58032号
[113] Tammisola,O.和Juniper,M.P.2016通过非线性模拟和线性整体模式,在\(Re=4800\)的涡流喷射器中的相干结构。《流体力学杂志》792、620-657·Zbl 1381.76078号
[114] Thévenin,J.、Romanelli,M.、Vallet,M.,Brunel,M.和Erneux,T.2011耦合振荡器的共振辅助同步:无锁相的频率锁定。物理学。修订稿107(10),104101。
[115] Tyliszczak,A.2015多臂喷气机:绽放喷气机的子集。物理学。流体27(4),041703。
[116] Tyliszczak,A.和Geurts,B.J.2014激励圆射流的参数分析-数值研究。水流紊流。燃烧室93(2),221-247。
[117] Urbin,G.&Métais,O.1997三维空间发展圆形射流的大涡模拟。在《直接和大规模模拟II》(编辑J.P.Chollet、P.R.Voke和L.Kleiser)中,第35-46页。施普林格。
[118] Welch,P.D.1967《快速傅里叶变换在功率谱估计中的应用:一种基于短修正周期图时间平均的方法》。IEEE传输。阿库斯特。演讲15,70-73。
[119] Wolf,P.,Staffelbach,G.,Gicguel,L.Y.M.,Müller,J.&Poinsot,T.2012环形燃烧室方位模式的声学和大涡模拟研究。库布斯特。火焰159(11),3398-3413。
[120] Worth,N.A.和Dawson,J.R.2013模型环形燃气轮机燃烧室中的自激周向不稳定性:整体火焰动力学。程序。库布斯特。仪器34(2),3127-3134。
[121] Worth,N.A.、Mistry,D.、Berk,T.和Dawson,J.R.2020驻波压力节点处射流的旋涡动力学。《流体力学杂志》882,A22·Zbl 1430.76098号
[122] Yang,D.,Laera,D.&Morgans,A.S.2019环形燃烧室热声模式非线性耦合的系统研究。J.Sound Vib.456137-161。
[123] Yu,M.H.和Monkewitz,P.A.1990非均匀密度对二维惯性射流和尾流绝对不稳定性的影响。物理学。流体A2(7),1175-1181。
[124] Zhu,Y.,Gupta,V.&Li,L.K.B.2017低密度喷流中全球不稳定性的开始。《流体力学杂志》828,R1。
[125] Zhu,Y.,Gupta,V.&Li,L.K.B.2019低密度射流中的相干共振。《流体力学杂志》881,R1·Zbl 1430.76070号
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