流固耦合的模态分解及其在旗帜拍动中的应用
流体动力学
2018-08-01 v1
摘要
本征正交分解（POD）、动态模态分解（DMD）及其变体等模态分解常用于提取难以通过直接观测理解的非线性流动现象的物理机制。在流固耦合（FSI）系统中，流体运动与浸没结构的振动和/或变形相耦合。尽管存在这种耦合，数据分析通常仅使用流体或结构变量，而非二者兼顾。这种方法无法提供流体与结构模态相关方式的信息。我们提出一种将流体与结构统一处理的 POD 与 DMD 框架。作为该框架的一部分，我们引入了一种对 FSI 系统具有物理意义的范数。我们首先使用此流固联合公式识别极限环旗帜拍动中的相关流动特征与结构运动。随后我们研究从极限环拍动到混沌拍动的转变，该转变可由增加旗帜质量引发。我们的模态分解揭示，在混沌起始时，主导拍动运动振幅增大并导致钝体尾流不稳定性。这一新的钝体模态与主导拍动运动发生三波相互作用，产生 Connell & Yue (2007) 此前报道的非整数谐波频率拍动。尽管我们的公式针对 POD 和 DMD 给出，但可自然推广至其他数据分析技术。
引用
@article{arxiv.1711.03040,
title = {Modal decomposition of fluid-structure interaction with application to flag flapping},
author = {Andres Goza and Tim Colonius},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.03040},
year = {2018}
}