双缝柱湍流的参数化简化模型与闭环控制
流体动力学
2026-04-06 v1
摘要
两个圆柱按串联排列的流动周围存在复杂的湍流相互作用，导致在共同脱体(co-shedding) regime 中产生放大的不稳定荷载。在此 regime 中，两个圆柱之间形成完全发展的湍流区。虽然已提出多种控制策略来缓解这些效应，但大多数先前研究主要关注荷载减轻。对于完全抑制旋涡脱体——无论是在缝隙区域还是第二个圆柱的湍流区——迄今只有开环方法实现。本文提出了一种用于抑制串联圆柱流动中旋涡脱体的闭环控制框架，专注于较低的 Re 数和足够大的间距。我们对不可压缩 Navier-Stokes 方程进行全局弱非线性分析，推导参数化简化模型。该模型可用于时变激励，便于实时预测流动演化。利用该模型，我们设计了模型预测控制器并应用于完整系统，通过速度测量和体积激励进行实现。该方法以直径间距为 8 的圆柱进行演示。在 Re=50、60 和 70 时，成功完全抑制了缝隙区域和下游湍流中的旋涡脱体；在 Re=80 时，显著减少了流动的不稳定性。我们进一步表明，在有限的感知下也能实现有效控制：对于 Re=50，只需单个测量点即可实现抑制；对于 Re=60 和 70，仅需两点测量即可实现。
引用
@article{arxiv.2604.02440,
title = {Parametric Reduced-Order modeling and Closed-Loop Control of Tandem-Cylinder Wakes},
author = {Tea Vojkovic and Dimitris Boskos and Abel-John Buchner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.02440},
year = {2026}
}