圆柱绕流的优化控制.pdfVIP

第25卷 增刊 空 气 动 力 学 学 报 Vo1．25 2007年 l2月 ACTA AERoDYNAMICA SlNlCA Dec．，2007 文章编号：0258．1825(2007)增刊．0097．05 圆柱绕流的优化控制 范宝春，张 辉，陈志华，董 刚 (南京理工大学瞬态物理实验室，江苏 南京 210094) 摘 要：基于优化控制理论，以圆柱绕流的电磁控制为例，以减阻为目的，推导了流场优化控制的性能指标表达式 和伴随方程，并对圆柱绕流的优化控制问题进行了数值研究，讨论了该优化控制下，流场和圆柱表面阻力和升力的 变化过程。 关键词：流体控制；伴随优化控制；电磁流体力学 中图分类号：O361 文献标识码：A 功地抑制流体分离、消除涡流和减少阻力( ]。为了 O 引 言 实现对流场的有效控制，代表电磁力大小的作用参数 运动物体因受到流体的阻力而减速，振荡和产生 J7、r应当随流场的状态而变化，即应当是时间的函数。 噪音，这往往不是人们所希望的。可以说，凡是涉及 本文基于Bewley的优化控制理论，通过数学推导，得 粘性流体运动的领域，都存在减少阻力的问题。美国 到了指数极坐标中，以减阻为目标的，流场电磁控制 NASA已将其列为2l世纪的关键技术之一。为了减 的性能指标表达式和伴随方程。基于这些方程，本文 少阻力、抑制分离和消除涡街，人们一直寻求有效的 对电磁减阻的非线性控制问题进行了研究，得到了优 控制钝体绕流的方法…，如吹气吸气减阻、肋条减阻、 化的电磁场强度的时间变化曲线，讨论了优化控制过 聚合物添加减阻、微气泡减阻、功能材料边界或柔性 程中，流场和圆柱表面的阻力和升力的变化规律。 边界减阻、电磁减阻和等离子减阻等等。同时，为了 1 守恒方程 使控制更加有效。流体的控制强度也应随流场而实时 变化。从而使流体控制理论受到广泛的关注-2 J。 电磁场中，弱电介质溶液的流动方程： 流场的优化控制，是寻求最优化的控制函数，使 0 V +(y·V)y：一V p+ V y+NF (1) 流场达到并保持人们期望的状态，并使相应的性能指 标取极值。人们一方面简化流体的守恒方程，使其满 V ·V ：0 足传统优化控制理论的要求，如将Navier．Stokes方程 此为无量纲形式的守恒方程，其中Re： ， 简化为二次型调节器所要求的标准状态方程组l3 ；另 为来流速度， 为流体动力学粘性系数，口为圆柱半 一 方面，则努力发展优化控制理论，使其进一步适应 oBoa 非线性的流体力学方程-4 J，如Bewley近年来提出的 径；N：J ， 称为作用参数，Jo： Eo， 为电介 丁 基于Navier．Stokes方程的流体优化控制理论。该理 pu∞ 质的导电率，Eo为电场强度，日。为磁场强度；F为无 论通过一个伴随流场，使性能指标与控制函数发生直