基于分解分析的超声速湍流腔体流非定常控制

我们利用分解分析确定一种非定常主动控制方案，以衰减马赫数 1.4、基于腔体深度的雷诺数为 10000、长深比为 6 的矩形腔体上方超声速湍流中的压力脉动。超声速腔体流的大涡模拟（LES）与动态模态分解（DMD）揭示了二维 Rossiter 模态 II 和 IV 的主导地位。这些主要为二维的涡结构通过后缘撞击在腔体上产生高幅值非定常性，并因阻碍自由流而产生斜激波。为破坏涡结构的不期望形成，我们沿腔体前缘引入三维非定常强迫以生成流向涡结构。利用相对于时间平均基流的分解分析，确定强迫频率与展向波数的最优组合。我们并非选取被放大最强的分解强迫模态，而是寻求使基于分解的动能分布在腔体全长上持续放大的控制参数组合。该持续放大对于确保所选强迫输入持续有效以防止大尺度展向涡的形成至关重要。这一基于分解分析的流动控制准则通过若干受控腔体流的伴随 LES 得到验证。与基准腔体流相比，最优控制方案沿后壁与底壁降低压力均方根水平达 52%，被证实最为有效。本文由分解分析导出的流动控制准则应适用于需要在感兴趣扩展区域内保持驱动输入有效的流动。