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Effective sorting of fractional optical vortex modes
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作者 Zhengyang Mao Haigang Liu Xianfeng Chen 《Advanced Photonics Nexus》 2024年第6期1-8,共8页
The mode sorter is the crucial component of the communication systems based on orbital angular momentum(OAM).However,schemes proposed so far can only effectively sort integer OAM(IOAM)modes.Here,we demonstrate the eff... The mode sorter is the crucial component of the communication systems based on orbital angular momentum(OAM).However,schemes proposed so far can only effectively sort integer OAM(IOAM)modes.Here,we demonstrate the effective sorting of fractional OAM(FOAM)modes by utilizing the coordinate transformation method,which can convert FOAM modes to IOAM modes.The transformed IOAM modes are subsequently sorted using a mode conversion method called topological charge matching.The validation of our scheme is verified by implementing two FOAM sorting processes and corresponding mode purity analyses,both theoretically and experimentally.This new sorting method exhibits great potential for implementing a highly confidential and high-capacity FOAM-based communication and data storage system,which may inspire further applications in both classical and quantum regimes. 展开更多
关键词 vortex mode sorter fractional vortex beam angular momentum coordinate transformation
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Mode Transitions in Vortex-induced Vibrations of a Flexible Pipe near Plane Boundary 被引量:3
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作者 Xiaochao Li YongxueWang +2 位作者 Guoyu Wang Meirong Jiang Ying Sun 《Journal of Marine Science and Application》 2013年第3期334-343,共10页
A pipe model with a mass ratio(mass/displaced mass) of 4.30 was tested to investigate the vortex-induced vibrations of submarine pipeline spans near the seabed.The pipe model was designed as a bending stiffness-domi... A pipe model with a mass ratio(mass/displaced mass) of 4.30 was tested to investigate the vortex-induced vibrations of submarine pipeline spans near the seabed.The pipe model was designed as a bending stiffness-dominated beam.The gap ratios(gap to diameter ratio) at the pipe ends were 4.0,6.0,and 8.0.The flow velocity was systematically varied in the 0-16.71 nondimensional velocity range based on the first natural frequency.The mode transition between the first and the second mode as the flow velocity increases was investigated.At various transition flow velocities,the research indicates that the peak frequencies with respect to displacement are not identical along the pipe,nor the frequencies associated with the peak of the amplitude spectra for the first four modes as well.The mode transition is associated with a continuous change in the amplitude,but there's a jump in frequency,and a gradual process along the pipe length. 展开更多
关键词 submarine pipeline span flexible pipe vortex-induced vibrations mode transition
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Kinematic and mixing characteristics of vortex interaction induced by a vortex generator model:a numerical study
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作者 Ziang WANG Bin YU +2 位作者 Bin ZHANG Miaosheng HE Hong LIU 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2021年第3期387-404,共18页
The underlying effect of vortex interaction characterized by the merging and non-merging on mixing enhancement is of fundamental significance to understand the flow dynamics of strut injectors in scramjets.Starting fr... The underlying effect of vortex interaction characterized by the merging and non-merging on mixing enhancement is of fundamental significance to understand the flow dynamics of strut injectors in scramjets.Starting from a simplified configuration of a vortex generator,this study focuses on the influence of geometric parameters on vortex structures and fluid mixing through compressible Navier-Stokes(NS)simulations.By adjusting the induction of outer vortices,the inner co-rotating vortex pair exhibits two modes of interaction(merging/separation regime)reflected by closer/farther vortex centers.Defined by the zero variation rate of the inner vortex spacing,the critical state of equilibrium is determined.The critical condition is well predicted by a theoretical model based on the Biot-Savart law.Through the introduction of mixedness and mixing time,the intrinsic impact of interaction modes on fluid mixing is revealed.Compared with the vortex dynamics in the merging regime,the one in the separation regime is more effective for passive scalar mixing augmentation.With efficient material stretching characterized by the higher interface stretching factor and averaging finite-time Lyapunov exponent(FTLE),the mixing time is shortened by as much as 2.5 times in the separation regime.The implication of the present two interaction regimes in mixing enhancement physically reflected by the averaging FTLE has the potential to improve the combustion performance and shorten the combustor chamber. 展开更多
关键词 vortex interaction mode fluid mixing Lagrangian coherent structure(LCS) stretching effect
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Vortex-Induced Vibration of a Tension Leg Platform Tendon:Multi-Mode Limit Cycle Oscillations 被引量:1
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作者 Nabanita Datta 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2017年第4期458-464,共7页
This paper studies the application of mathematical models to analyze the vortex-induced vibrations of the tendons of a given TLP along the Indian coastline, by using an analytical approach, using MATLAB. The tendon is... This paper studies the application of mathematical models to analyze the vortex-induced vibrations of the tendons of a given TLP along the Indian coastline, by using an analytical approach, using MATLAB. The tendon is subjected to a steady current load, which causes vortex-shedding downstream, leading to cross-flow vibrations. The magnitude of the excitation(lift and drag coefficients) depends on the vortex-shedding frequency. The resulting vibration is studied for possible resonant behavior. The excitation force is quantified empirically, the added mass by potential flow hydrodynamics, and the vibration by normal mode summation method. Non-linear viscous damping of the water is considered. The non-linear oscillations are studied by the phase-plane method, investigating the limit-cycle oscillations. The stable/unstable regions of the dynamic behavior are demarcated. The modal contribution to the total deflection is studied to establish the possibility of resonance of one of the wet modes with the vortex-shedding frequency. 展开更多
关键词 tension LEG platform vortex-induced vibration NON-LINEAR damping LIMIT cycle OSCILLATIONS MULTI-mode dynamics
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Numerical Investigation on Vortex-Induced Rotations of A Triangular Cylinder Using An Immersed Boundary Method 被引量:3
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作者 WANG Hua-kun YAN Yu-hao +2 位作者 CHEN Can-ming JI Chun-ning ZHAI Qiu 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2019年第6期723-733,共11页
A numerical study of vortex-induced rotations(VIRs) of an equivalent triangular cylinder, which is free to rotate in the azimuthal direction in a uniform flow, is presented. Based on an immersed boundary method, the n... A numerical study of vortex-induced rotations(VIRs) of an equivalent triangular cylinder, which is free to rotate in the azimuthal direction in a uniform flow, is presented. Based on an immersed boundary method, the numerical model is established, and is verified through the benchmark problem of flow past a freely rotating rectangular body.The computation is performed for a fixed reduced mass of m~*=2.0 and the structural stiffness and damping ratio are set to zero. The effects of Reynolds number(Re=25-180) on the characteristics of VIR are studied. It is found that the dynamic response of the triangular cylinder exhibits four distinct modes with increasing Re: a rest position,periodic rotational oscillation, random rotation and autorotation. For the rotational oscillation mode, the cylinder undergoes a periodic vibration around an equilibrium position with one side facing the incoming flow. Since the rotation effect, the outset of vortex shedding from cylinder shifts to a much lower Reynolds number. Further increase in Re leads to 2 P and P+S vortex shedding modes besides the typical 2 S pattern. Our simulation results also elucidate that the free rotation significantly changes the drag and lift forces. Inspired by these facts, the effect of free rotation on flow-induced vibration of a triangular cylinder in the in-line and transverse directions is investigated. The results show that when the translational vibration is coupled with rotation, the triangular cylinder presents a galloping response instead of vortex-induced vibration(VIV). 展开更多
关键词 vortex-induced rotation triangular cylinder dynamic response vortex shedding mode immersed boundary method
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Mode transition and oscillation suppression in supersonic cavity flow 被引量:3
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作者 Chao ZHANG Zhenhua WAN Dejun SUN 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2016年第7期941-956,共16页
Supersonic flows past two-dimensional cavities with/without control are investigated by the direct numerical simulation (DNS). For an uncontrolled cavity, as the thickness of the boundary layer declines, transition ... Supersonic flows past two-dimensional cavities with/without control are investigated by the direct numerical simulation (DNS). For an uncontrolled cavity, as the thickness of the boundary layer declines, transition of the dominant mode from the steady mode to the Rossiter Ⅱ mode and then to the Rossiter III mode is observed due to the change of vortex-corner interactions. Meanwhile, a low frequency mode appears. However, the wake mode observed in a subsonic cavity flow is absent in the current simulation. The oscillation frequencies obtained from a global dynamic mode decomposition (DMD) approach are consistent with the local power spectral density (PSD) analysis. The dominant mode transition is clearly shown by the dynamic modes obtained from the DMD. A passive control technique of substituting the cavity trailing edge with a quarter-circle is studied. As the effective cavity length increases, the dominant mode transition from the Rossiter Ⅱ mode to the Rossiter Ⅲ mode occurs. With the control, the pressure oscillations are reduced significantly. The interaction of the shear layer and the recirculation zone is greatly weakened, combined with weaker shear layer instability, responsible for the suppression of pressure oscillations. Moreover, active control using steady subsonic mass injection upstream of a cavity leading edge can stabilize the flow. 展开更多
关键词 supersonic cavity flow pressure oscillation mode transition vortex-corner interaction
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Antisymmetric quadrupole mode of coherent structures in wall-bounded turbulence 被引量:2
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作者 Haiping Tian Shaoqiong Yang +2 位作者 Lu Cheng Yuan Wang Nan Jiang 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS 2013年第5期58-61,共4页
Abstract Experiments were conducted in a water tunnel by tomographic time-resolved particle image velocimetry (Tomo-TRPIV). The Reynolds number Reo is 2 460 on the base of momentum thickness. According to the physic... Abstract Experiments were conducted in a water tunnel by tomographic time-resolved particle image velocimetry (Tomo-TRPIV). The Reynolds number Reo is 2 460 on the base of momentum thickness. According to the physical mechanism of the stretch and compression of multi-scale vortex structures in the wall-bounded turbulence, the topological characteristics of turbulence statistics in logarithmic layer were illustrated by local-averaged velocity structure function. During coherent structures bursting, results reveal that the topological structures of velocity gradients, velocity strain rates and vorticities behave as antisymmetric quadrupole modes. A three-layer antisymmetric quadrupole vortex packet confirms that there is a tight relationship between the outer layer and the near-wall layer. 展开更多
关键词 wall-bounded turbulence antisymmetric quadrupole mode Tomo-TRPIV vortex packet coherent structure
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基于主客观环流分型的强降水数值预报MODE检验方法及其在2019年暖季东北地区的应用 被引量:5
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作者 齐铎 崔晓鹏 +4 位作者 陈力强 黄丽君 刘松涛 卜文惠 王承伟 《大气科学》 CSCD 北大核心 2024年第3期1113-1130,共18页
本文构建了基于主客观环流分型的强降水数值预报空间检验(MODE)方法框架,并利用该框架对欧洲中期天气预报中心全球模式(ECMWF)和中国气象局区域中尺度数值天气预报模式(CMA_MESO)的2019年暖季东北地区强降水预报进行检验。结果表明,201... 本文构建了基于主客观环流分型的强降水数值预报空间检验(MODE)方法框架,并利用该框架对欧洲中期天气预报中心全球模式(ECMWF)和中国气象局区域中尺度数值天气预报模式(CMA_MESO)的2019年暖季东北地区强降水预报进行检验。结果表明,2019年暖季东北地区54个强降水日的环流型可分为:西风槽型(15个)、副热带高压影响型(13个)、急流型(5个)、西部(12个)和东部冷涡型(9个)。其中,西风槽型和急流型以区域性强降水为主,模式对其强降水发生与否的预报能力强,TS评分较高;西部、东部冷涡型强降水的局地性强,模式对其强降水发生与否的预报能力差,TS评分低;副热带高压影响型也以区域性强降水为主,模式对其强降水发生与否的预报能力也比较强,但是对其强降水质心位置、强度、面积等属性预报偏差较大,TS评分也相对较低。另外,从两种模式预报性能对比看,CMA_MESO强降水强度和面积预报较实况普遍偏强,虽然其预报的TS评分一般高于ECMWF,但其对强降水预报的空报率也都比ECMWF大,对强降水的属性预报偏差一致性一般也低于ECMWF,其预报的可订正性整体上不及ECMWF。 展开更多
关键词 主客观融合环流分型 东北冷涡客观识别 强降水 数值预报 mode检验
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液力透平小流量工况叶道涡识别与模态分析 被引量:1
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作者 苗森春 凌泽居 +2 位作者 王鹏 刘乐琪 王晓晖 《农业工程学报》 北大核心 2025年第8期61-69,共9页
为明确离心泵作液力透平在小流量工况下性能陡降机理,该研究采用Omega涡识别方法和动态模态分解方法(dynamic mode decomposition,DMD)方法对一离心泵作液力透平在小流量工况下叶轮内涡结构的演化规律及非定常流动特性进行了研究。研究... 为明确离心泵作液力透平在小流量工况下性能陡降机理,该研究采用Omega涡识别方法和动态模态分解方法(dynamic mode decomposition,DMD)方法对一离心泵作液力透平在小流量工况下叶轮内涡结构的演化规律及非定常流动特性进行了研究。研究结果表明:基于Omega涡识别方法可以较好地识别出小流量工况下液力透平叶轮内部的涡结构,小流量工况下液力透平叶轮内部流动复杂,主要为大尺度长条状涡流动,局部为小尺度管状涡流动,多尺度旋涡周期性融合、分离及碰撞,导致动能损失;DMD方法能够有效地识别小流量工况下叶轮内复杂流动的脉动频率,经分解能够得到流场前4阶主要模态及其相关频率信息,其主要模态分为动静干涉模态、基本模态和耗散模态,其中2阶模态频率为0,1阶模态频率为叶轮转动频率,3、4阶模态频率分别为2倍及3倍叶轮转动频率,主要模态能够清晰地反映小流量工况下叶轮内复杂流动特征。研究结果可为拓宽液力透平的高效区提供参考。 展开更多
关键词 液力透平 叶轮 模态 小流量工况 Omega涡识别方法 动态模态分解
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鲹科鱼类中鳍相互作用对自主游动性能影响研究
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作者 杨光 李文杰 +4 位作者 杜洪波 万宇 肖毅 张鹏 杨胜发 《力学学报》 北大核心 2025年第9期2261-2273,共13页
鱼类通过中鳍(背鳍、臀鳍和尾鳍)之间的相互作用可实现比只利用尾鳍游泳更高的推进性能,但当前多数研究仍是基于身体尾鳍模型,采用躯干和尾鳍摆动推进研究鱼类游泳性能和游动机理.为了解鲹科鱼类中鳍相互作用对自主游动性能的影响,利用... 鱼类通过中鳍(背鳍、臀鳍和尾鳍)之间的相互作用可实现比只利用尾鳍游泳更高的推进性能,但当前多数研究仍是基于身体尾鳍模型,采用躯干和尾鳍摆动推进研究鱼类游泳性能和游动机理.为了解鲹科鱼类中鳍相互作用对自主游动性能的影响,利用高精度三维激光扫描仪建立了真实的鱼体几何模型,对具有完整中鳍的鲹科鱼类自主游动行为进行了三维数值模拟.通过求解鱼体从静止加速到巡游状态的游动过程,比较了不同相位差下鲹科鱼类的游泳性能,并详细分析了鱼体尾部的涡流动力学.结果表明:由于背鳍和臀鳍摆动脱落的后体涡(PBV)在向后传播过程中会被尾鳍前缘捕获并与前缘涡(LEV)相互作用,增强LEV的强度,从而极大提升鲹科鱼类游泳性能.与只依靠身体尾鳍游泳模型相比,推力最高提升了26.11%,效率最高提升了18.15%,游泳速度最高提升了60.14%.揭示了鲹科鱼类中鳍间相互作用的机制,阐明了鲹科鱼类中鳍相互作用对自主游泳性能增强的流体动力学机理,为鲹科鱼类游泳性能与游动机理的研究提供了新的见解. 展开更多
关键词 自主游动 中鳍 游泳性能 涡流动力学 身体/尾鳍模式游泳
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倾转四旋翼机多涡系气动干扰非定常特性
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作者 张夏阳 罗彬 +1 位作者 招启军 管桐 《航空动力学报》 北大核心 2025年第7期321-334,共14页
针对倾转四旋翼机直升机模式和固定翼模式存在的复杂气动干扰现象,基于CFD方法建立了一套适用于倾转四旋翼机全机干扰流场模拟的数值方法,系统模拟了旋翼多涡系与机翼、机身之间的气动干扰,揭示了非定常气动特性的发生和演化机理。结果... 针对倾转四旋翼机直升机模式和固定翼模式存在的复杂气动干扰现象,基于CFD方法建立了一套适用于倾转四旋翼机全机干扰流场模拟的数值方法,系统模拟了旋翼多涡系与机翼、机身之间的气动干扰,揭示了非定常气动特性的发生和演化机理。结果表明:在直升机模式下,前旋翼产生的桨根涡会作用在前机翼上表面,并在机翼下方卷起二次涡。后旋翼产生的桨根涡会受到前旋翼桨尖涡吸引,发生明显的左移现象并作用在后机翼前缘处;在固定翼模式下,前旋翼拖出的桨尖涡会快速向后移动,与后旋翼发生的气动干扰现象较少,前/后旋翼对机身压力分布影响较小,机身整体表现出典型固定翼机身压力特性。 展开更多
关键词 倾转四旋翼机 直升机模式 固定翼模式 多涡系气动干扰 非定常特性
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凹腔驻涡超级燃烧室模态转换动态流动特性
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作者 钟世林 彭维康 +2 位作者 康玉东 邓远灏 侯凌云 《航空动力学报》 北大核心 2025年第7期132-143,共12页
为获得凹腔驻涡超级燃烧室燃烧模式转换过程流动特性,设计了矩形模型试验件,采用三维动网格仿真方法进行基准方案、先慢后快方案和先快后慢方案(记为Case A、Case B、Case C)这3个不同后涵道引射门调节方案下流动特性研究。燃烧室入口... 为获得凹腔驻涡超级燃烧室燃烧模式转换过程流动特性,设计了矩形模型试验件,采用三维动网格仿真方法进行基准方案、先慢后快方案和先快后慢方案(记为Case A、Case B、Case C)这3个不同后涵道引射门调节方案下流动特性研究。燃烧室入口总质量流量为1.5 kg/s,涡轮和冲压通道进气温度分别为550 K和300 K,后涵道引射门运动时间为2 s。计算获得了模态转换过程超级燃烧室的流场结构、质量流量分配特性以及掺混特性,结果表明:3个方案流场结构及变化规律基本一致;0~0.16 s,模态转换影响凹腔内涡形态和涡心位置,但凹腔和径向稳定器仍能建立完整稳定的涡系;平板引射门掺混促进作用较弱,热混合效率小于0.3;0.25 s,3个方案中Case B冷却通道质量流量占比最大,总压损失最小;总压损失主要发生在0.36>x/D>0.63(x为沿程位置,D为燃烧室总长)区域。 展开更多
关键词 超级燃烧室 凹腔驻涡 模态转换 流动特性 动网格
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钝体涡致振动的能量捕获与耦合响应研究
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作者 朱红钧 周新宇 +1 位作者 唐涛 王硕 《实验流体力学》 北大核心 2025年第2期65-74,共10页
文章基于风洞实验研究了截面形状和迎流攻角对钝体涡致振动及能量捕获的影响,同时利用数值模拟与烟雾可视化技术捕捉了钝体尾部的旋涡形态。结果表明:攻角显著影响了三棱柱、梯形棱柱与方柱的振动响应,当三棱柱尖角、梯形棱柱短边、方... 文章基于风洞实验研究了截面形状和迎流攻角对钝体涡致振动及能量捕获的影响,同时利用数值模拟与烟雾可视化技术捕捉了钝体尾部的旋涡形态。结果表明:攻角显著影响了三棱柱、梯形棱柱与方柱的振动响应,当三棱柱尖角、梯形棱柱短边、方柱锐缘迎流时,涡脱模式均为2S,柱体振幅极小,不超过0.07D(D为特征尺寸);当三棱柱底边、梯形棱柱长底边、方柱侧边迎流时,边界层分离点前移至前端面尖角处,振动响应增强,且随约化速度增大,旋涡形成长度增大,依次经历未起振、涡致振动、涡致振动与驰振竞争和驰振4个阶段,升力与位移的相位差相应从0°跳跃至180°,而后在0°与180°之间切换,最后回落为0°,4个阶段对应的涡脱模式依次为2S、2P、2P和P+S。对比所有振子的能量捕获效率发现,底边迎流的三棱柱效果最佳,最大的能量捕获效率达12.5%。 展开更多
关键词 涡致振动 截面形状 攻角 涡脱模式 能量捕获
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基于锯齿前缘扰流的转向架气动噪声抑制研究
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作者 赵艳菊 陈大伟 +3 位作者 帅仁忠 刘加利 于一航 杨志刚 《机车电传动》 2025年第4期13-22,共10页
高速列车在高速运行时,转向架舱体区域是主要的气动噪声源之一。为抑制该区域的气动噪声,文章提出一种基于锯齿前缘扰流板的转向架区域降噪方法,以改善高速列车的噪声控制效果。采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)和Ffowcs Willia... 高速列车在高速运行时,转向架舱体区域是主要的气动噪声源之一。为抑制该区域的气动噪声,文章提出一种基于锯齿前缘扰流板的转向架区域降噪方法,以改善高速列车的噪声控制效果。采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)和Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)声学方程,基于1:8缩比简化转向架模型,在400 km/h运行速度下,对转向架区域的气动噪声进行数值模拟。分析齿高分别为20 mm、40 mm、60 mm的锯齿扰流板对转向架区域流场扰动、涡脱落特性和声辐射的影响。数值模拟结果显示,齿高40 mm的锯齿结构在500 Hz频段的降噪效果最为显著,壁面偶极子声源能量可降低36%。在远场噪声辐射方面,40 mm齿高的锯齿扰流板使远场辐射噪声平均降低0.5 dB,最大降噪值达到2 dB。这主要归因于锯齿扰流板对转向架区域前缘剪切流分离特性和展向涡扰动的优化调控,有效削弱了由涡脱落和剪切层不稳定性引发的低频噪声,并抑制了Rossiter模态的自持振荡现象。研究表明,锯齿前缘扰流板能够显著改善转向架区域的气动噪声分布,尤其在40 mm齿高时降噪效果最优,为高速列车转向架区域的气动噪声控制提供了有效途径。 展开更多
关键词 锯齿前缘扰流板 气动噪声 涡脱落 Rossiter模态 高速列车 转向架 仿真
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基于模态分解技术的弹性管多模态振动特征研究
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作者 韩家明 陈正寿 《船舶力学》 北大核心 2025年第11期1768-1781,共14页
在复杂的海洋载荷作用下,沿深海细长柔性管常出现多模态振动特征。文中首先采用双向流固耦合技术,实施了剪切流与均匀流作用下弹性管涡激振动的数值仿真。其次,利用位置-频率-能量谱分析方法,探讨了沿管轴向的多模态耦合振动响应。最后... 在复杂的海洋载荷作用下,沿深海细长柔性管常出现多模态振动特征。文中首先采用双向流固耦合技术,实施了剪切流与均匀流作用下弹性管涡激振动的数值仿真。其次,利用位置-频率-能量谱分析方法,探讨了沿管轴向的多模态耦合振动响应。最后,使用一种全新的模态分解技术,对管体特定位置的振动响应信号进行自适应分解,由分解产生的固有模态函数分析振动过程的时频特征,进而获得弹性管振动模态的瞬态演变规律。研究发现:细长弹性管的多模态振动现象较为普遍;随着流速的增加,高阶振动模态不断被激发出,伴随着模态间的能量传递,各显性模态在不同时段竞争激烈,常出现瞬态共存现象。通过时间-频率-能量Hilbert谱分析发现,由局部旋涡脱落与临近管段振动能量传递共同引起的随机振动模态及固有振动模态在较宽的频带范围内发生,且各显性振动模态的能量通常都是时变的。 展开更多
关键词 涡激振动 模态分解技术 多模态振动 能量传递
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基于改进混合涡粒子法的倾转旋翼机旋翼/机翼气动干扰研究
16
作者 杨一凡 王潇 《航空学报》 北大核心 2025年第7期160-178,共19页
针对倾转旋翼机悬停、前飞和过渡模式旋翼/机翼的气动干扰特性,根据Neumann边界条件和Hess等效原则提出了一种快速分析旋翼/机翼气动干扰的改进混合涡粒子方法。通过引入单面元-多涡粒子转换和涡粒子自适应数量控制策略,实现了自适应涡... 针对倾转旋翼机悬停、前飞和过渡模式旋翼/机翼的气动干扰特性,根据Neumann边界条件和Hess等效原则提出了一种快速分析旋翼/机翼气动干扰的改进混合涡粒子方法。通过引入单面元-多涡粒子转换和涡粒子自适应数量控制策略,实现了自适应涡粒子数量,进一步优化了计算效率。与旋翼风洞试验数据进行了对比,表明自适应数量混合涡粒子方法相较于传统黏性涡粒子方法可以在提高计算效率的同时得到与试验数据吻合良好的计算结果。随后开展旋翼/机翼气动干扰模型在悬停和过渡模式下的流场分析和数值模拟,探讨了旋翼/机翼气动干扰的影响。结果表明:旋翼/机翼气动干扰模型悬停时机翼阻塞下洗流,虽对旋翼有轻微的增升作用但机翼承受了更大的向下载荷,严重影响了旋翼/机翼模型的有效载荷;随着总距增加,机翼向下载荷引起的升力损失逐渐减小。直升机模式向飞机模式转换过程中,旋翼尾迹使机翼升力在倾转初期有明显损失,中期有明显提升,末期几乎无影响;机翼会改变旋翼的部分尾迹结构,但对旋翼性能影响较小。飞机模式前飞时,旋翼/机翼气动干扰较弱,但仍可观测到机翼的升阻比有所下降。这些发现将为倾转旋翼机气动弹性稳定性分析、高保真度飞行力学模型建立和性能优化提供有利支撑。 展开更多
关键词 混合涡粒子方法 气动干扰 倾转旋翼机 过渡模式 机翼
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基于波导模式分裂效应的涡旋声束平移调制
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作者 阚雪芬 王玉树 +3 位作者 吴磊 刘雪玉 缪晓宇 杨雨 《江西师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期134-140,共7页
随着结构声场的迅速发展,对声场的调控提出了更高的要求,其中对声束的侧向位移的亚波长级别的调控是研发基于结构声场的通信、传感类声子器件的关键.该文基于常见的平板声波导结构,利用2个导波层之间的模式耦合-分裂效应来增强涡旋声场... 随着结构声场的迅速发展,对声场的调控提出了更高的要求,其中对声束的侧向位移的亚波长级别的调控是研发基于结构声场的通信、传感类声子器件的关键.该文基于常见的平板声波导结构,利用2个导波层之间的模式耦合-分裂效应来增强涡旋声场的Goos-H nchen(GH)效应和Imbert-Fedorov(IF)效应,实现对反射声场的纵向和横向反射位移的精细调节.研究结果表明:波导模式分裂与声束位移之间呈对应关系,在波导能带结构中的一个能级分别对应着正负2次横向IF位移和1次纵向GH位移;而通过入射声束参数或结构参数调节分裂能级,可实现对声束的连续精准操控.该文揭示了声学轨道角动量与波导导模之间的耦合机理,为结构声场的调控器件提供了新的研究思路. 展开更多
关键词 声涡旋 多层平板结构 能带结构 模式耦合
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微型涡流发生器改善S弯喷管流场的实验研究
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作者 刘诗敏 梁华 +2 位作者 李金平 张富垚 马张煜 《推进技术》 北大核心 2025年第2期41-56,共16页
S弯喷管虽然能够提升飞行器隐身性能,但弯曲的几何结构会造成额外的总压损失和低能流体脉动增强的问题,导致飞行器性能降低,因此需要采用流动控制手段改善内部流场。本文将阵列式微型涡流发生器安装在S弯喷管上壁面中心线局部速度最大... S弯喷管虽然能够提升飞行器隐身性能,但弯曲的几何结构会造成额外的总压损失和低能流体脉动增强的问题,导致飞行器性能降低,因此需要采用流动控制手段改善内部流场。本文将阵列式微型涡流发生器安装在S弯喷管上壁面中心线局部速度最大点前侧,研究其在冷态流场中对喷管出口总压损失的控制效果和对上壁面下游流场低频脉动的抑制效果。结果表明:(1)在试验参数下,对于相同高度的微型涡流发生器,安装位置距离局部速度最大点较远时,喷管出口截面总压损失系数更低。(2)落压比为1.2时,安装高度为2.2%喷管入口直径的微型涡流发生器,能够使喷管出口平均总压损失系数相对基准降低8.57%。(3)微型涡流发生器能降低喷管上壁面下游流场的低频脉动,使脉动幅值降低22.8%,提升低能流稳定性。 展开更多
关键词 S弯喷管 微型涡流发生器 总压损失 流动控制 变分模态分解
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近壁弹性圆柱多模态涡激振动响应及尾流模式
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作者 杜牧远 张志猛 +1 位作者 及春宁 黄韬霖 《振动与冲击》 北大核心 2025年第12期27-36,共10页
采用基于嵌入式迭代的浸入边界法对雷诺数Re=300下两端铰接近壁弹性圆柱的涡激振动进行了三维直接数值模拟研究。圆柱的长细比L/D=25,间隙比G/D为0.6~1.6,分别对应圆柱完全被边界层覆盖、半浸没于边界层以及完全处于边界层之外。研究发... 采用基于嵌入式迭代的浸入边界法对雷诺数Re=300下两端铰接近壁弹性圆柱的涡激振动进行了三维直接数值模拟研究。圆柱的长细比L/D=25,间隙比G/D为0.6~1.6,分别对应圆柱完全被边界层覆盖、半浸没于边界层以及完全处于边界层之外。研究发现:在单模态振动情况下,G/D=0.6和G/D=1.1时近壁弹性圆柱的振动和升、阻力系数均表现为单一频率主导,在G/D=1.6时固有频率附近出现双频分量。多模态下,由于多阶振型的激发和叠加,圆柱振幅和升、阻力系数均表现出行波的时空分布特性。壁面边界层的向上卷起并与圆柱上侧脱涡的融合以及边界层对下侧脱涡的抑制是造成圆柱上下两侧脱涡不对称的主要原因。随着间隙比的增加,脱涡抑制的作用减弱,尾流表现为“1S”,弱“2S”和“2S”的脱涡模式。多模态振动及其升、阻力的频谱具有多频特性,并且顺流向和横流向的振动响应是解耦的。 展开更多
关键词 涡激振动 弹性圆柱 近壁面效应 多模态振动 间隙比
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双圆柱绕流诱发振动的数值模拟(Part I横向振动) 被引量:9
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作者 陈文曲 任安禄 邓见 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2005年第4期442-448,共7页
采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法数值模拟圆柱在尾流中的流体诱发振动特性。重点分析了圆柱的动力学响应特性,包括升阻力、位移振幅、拍和锁定等现象;另外也详细分析了圆柱的尾涡结构。研究结果表明,在串列下,大质量比时,圆柱的振动会... 采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法数值模拟圆柱在尾流中的流体诱发振动特性。重点分析了圆柱的动力学响应特性,包括升阻力、位移振幅、拍和锁定等现象;另外也详细分析了圆柱的尾涡结构。研究结果表明,在串列下,大质量比时,圆柱的振动会受到抑制,小质量比时,圆柱的振动则会被放大;较之孤立柱的情形,圆柱共振发生在低于且接近于1.0的频率比带内且不易随质量比的变化发生偏移;小质量比下圆柱振幅及共振带都要比大质量比下的大得多;不同频率比和间距比下,圆柱的动力学特性存在明显的差异,相应的涡脱落模态呈现出2P、P+S和2S模态甚至是2P+S模态,各种模态之间互相竞争促进流固耦合的不断变化发展,导致涡间距和涡街宽度的变化。 展开更多
关键词 双圆柱绕流 ALE 流体诱发振动 动力学响应特性 涡模态
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