非定常流動及流動控制基礎

前言

第1章 緒論 1
1.1 非定常流動的相關概念 1
1.1.1 非定常流動的定義和內涵 1
1.1.2 非定常流動的無因次量 2
1.2 自然界和工程領域的非定常流動 3
1.2.1 俯仰振盪時翼型上的氣動力 4
1.2.2 繞鈍體形成的卡門渦街 5
1.2.3 機翼的顫振 6
1.2.4 機翼的跨聲速抖振 7
1.3 非定常流體力學研究的總體思路 10
參考文獻 12

第2章 流體力學控制方程與非定常流動數值方法 14
2.1 流體力學控制方程及其簡化方程 14
2.2 基於勢流理論的非定常流動數值求解 19
2.2.1 控制方程簡化與非定常勢流計算 19
2.2.2 二維非定常渦板塊法 23
2.2.3 三維小擾動數值方程的數值方法 26
2.3 基於CFD的非定常流動數值求解 35
2.3.1 拉格朗日坐標系與歐拉坐標系 35
2.3.2 網格變形方法 38
2.3.3 幾何守恆律 41
2.3.4 時域推進方法 43
2.3.5 頻域諧波方法 47
2.3.6 時域配點方法 51
2.4 全域穩定性分析方法及應用 57
2.4.1 全域線性不穩定理論 58
2.4.2 全域穩定性分析演算法 59
2.4.3 基於CFD的全域穩定性分析應用 61
2.5 二維離散渦方法 64
2.5.1 二維離散渦的演算法實現 65
2.5.2 二維離散渦方法的工程應用 69
參考文獻 71

第3章 經典非定常氣動力模型 75
3.1 動導數 75
3.1.1 動導數概述 75
3.1.2 動導數的計算和試驗方法 77
3.1.3 動導數相關問題的物理解釋 86
3.1.4 動導數模型的應用範疇 90
3.2 經典二維非定常氣動力模型 98
3.2.1 格羅斯曼准定常模型 98
3.2.2 西奧道森非定常模型 102
3.2.3 階躍回應模型 107
3.2.4 活塞理論 110
3.2.5 二維氣動力模型的總結 113
3.3 頻域非定常氣動力的狀態空間擬合 117
3.3.1 狀態空間概述 117
3.3.2 非定常氣動力擬合方法 117
參考文獻 119

第4章 非定常流場降階和氣動力建模 122
4.1 非定常流場降階與氣動力建模的意義 122
4.2 基於系統辨識方法的氣動力建模技術 125
4.2.1 一階Volterra級數模型 125
4.2.2 ARX模型 129
4.2.3 RBF神經網路模型 132
4.2.4 其他模型 140
4.3 基於流場特徵提取的非定常流場降階 141
4.3.1 POD方法 141
4.3.2 DMD方法 143
4.3.3 POD方法和DMD方法的對比 149
4.3.4 改進模態選擇準則的DMD方法及其應用 155
參考文獻 167

第5章 非定常空氣動力學試驗 174
5.1 動態回應的測量 174
5.2 動態壓力測壓 180
5.3 流動顯示技術 187
參考文獻 192

第6章 生物運動中的非定常流動 194
6.1 昆蟲飛行的非定常流體力學問題 194
6.1.1 昆蟲的運動形式與相似參數 195
6.1.2 昆蟲飛行高升力的產生機理 196
6.1.3 機動飛行 199
6.2 鳥類飛行的非定常流體力學問題 199
6.2.1 鳥類的主要飛行模式 200
6.2.2 鳥類飛行的主要研究方法 201
6.2.3 鳥類飛行的非定常流動機理 202
6.3 魚類遊動的非定常流體力學問題 204
6.3.1 魚類的主要遊動模式 204
6.3.2 魚類遊動的主要研究方法 205
6.3.3 魚類遊動的非定常流動機理 207
參考文獻 211

第7章 流動控制基礎 213
7.1 流動控制概述 213
7.2 被動流動控制手段 215
7.3 主動流動控制手段 220
7.4 開環流動控制 236
7.5 閉環流動控制 248
7.5.1 基於CFD模擬的閉環控制 250
7.5.2 基於ROM的閉環控制律設計 257
參考文獻 268