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202001014.pdf
文章编号： 1672-6987（2020）01-0091-06； DOI： 10.16351/j.1672-6987.2020.01.014
王智慧， 翟红岩， 李庆领*， 张文涛， 李忠敏
（青岛科技大学 机电工程学院，山东 青岛 266061）
摘要： 为了研究椭圆柱绕流尾迹的流动特性，利用粒子图像测速技术（PIV）对长短轴之比AR=0.42的椭圆柱在雷诺数Re=3 493，4 657，5 822三种流动工况进行了实验研究，得到了相应的尾流区瞬态速度矢量场和涡量场，并通过频谱分析得到旋涡脱落频率。结果显示：随着雷诺数的增大，椭圆柱尾流区域在竖直方向上的影响范围减小，近尾流区内旋涡形成区域缩短，旋涡脱落频率增加。同时采用动力学模态分解（DMD）方法对实验获得的速度场进行模态分解，提取了椭圆柱尾迹流场的相干结构及各个模态的频率和增长率信息。结果表明：低阶模态包含了原始流场的主要流场结构，以及与旋涡周期性脱落运动相关的主要模态。随着模态阶数的增加，衰减速度逐渐增大，涡尺度逐渐变小，并向竖直方向进行扩散。
关键词： 椭圆柱； 流动； 旋涡脱落； 粒子图像测速； 动力学模态分解； 稳定性
中图分类号： O 353.5; O 357.1文献标志码： A
引用格式： 王智慧， 翟红岩， 李庆领，等. 椭圆柱绕流尾迹的PIV测量及DMD分析\[J\]. 青岛科技大学学报（自然科学版）， 2020， 41（1）： 91-96.
WANG Zhihui， ZHAI Hongyan， LI Qingling, et al. PIV measurements and DMD analysis of elliptical cylinder′s wake\[J\]. Journal of Qingdao University of Science and Technology（Natural Science Edition), 2020， 41（1）： 91-96.
PIV Measurements and DMD Analysis of Elliptical Cylinder′s WakeWANG Zhihui， ZHAI Hongyan， LI Qingling， ZHANG Wentao， LI Zhongmin
(College of Electromechanical Engineering，Qingdao University of Science and Technology，Qingdao 266061，China)Abstract: The wake flow structure of elliptical cylinders at Reynolds numbers of 3 493, 4 657 and 5 822 is measured by particle image velocimetry (PIV) in a water channel. The axis ratio of the elliptic cylinder is AR=0.42, and the major axis of the ellipse is aligned in the stream-wise direction. The corresponding instantaneous velocity vector field and vorticity field were captured, and the vortex-shedding frequencies were obtained by spectrum analysis. Results indicate that with the increase of Reynolds number, the influence area of the elliptical cylinder’s wake in the vertical direction decreases, the length of vortex forming region in the near wake shortens, and the vortex-shedding frequency increases gradually. The dynamic mode decomposition (DMD) is used to extract the coherent structure of the flow in the wake of the elliptical cylinder, as well as the frequency and growth rate of each mode. It is found that the low-order modes contain the most dominant flow structure of the original flow and illustrate flow structures associated with the periodic vortex shedding. As the number of modes increases, the decay rate increases, the scale of vortices in the wake becomes smaller, and vortices diffuse gradually in the vertical direction.
Key words: elliptical cylinder； flow； vortex shedding； PIV； dynamic mode decomposition； stability
收稿日期： 2018-11-06
基金项目： 山东省自然科学基金项目（ZR2018PEE017）；青岛市应用基础研究计划项目（1F1-1-17-JZH）.
作者简介： 王智慧（1988—），男，硕士研究生.*通信联系人.
