动力学模态分解方法重构及预测流场误差分析

作     者：孙国勇 董加新 赵志高 王玉川 SUN Guoyong;DONG Jiaxin;ZHAO Zhigao;WANG Yuchuan

作者机构：西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 武汉大学水资源与水电工程国家重点实验室湖北武汉430072 

出 版 物：《江苏大学学报（自然科学版）》 (Journal of Jiangsu University：Natural Science Edition)

年 卷 期：2021年第42卷第2期

页      面：145-152页

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 080103[工学-流体力学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51509209) 陕西省水利科技项目(2018slkj-8)。 

主　　题：圆柱绕流 动力学模态分解 模态能量 流场重构与预测 误差分析 

摘      要：利用动力学模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)方法可以实现非定常流场的分解、重构和预测,但该方法重构和预测流场的误差需要给出定量分析.鉴于此,提出了定量描述动力学模态分解重构和预测流场的误差分析方法,以雷诺数Re=80的圆柱绕流二维流场数值模拟结果为例,研究了非线性流动和周期性流场重构和预测误差的动态变化情况.结果表明:依据能量大小确定的模态反映了流场的主要相干结构;低频、低增长/衰减率和大尺度的相干结构能量占比大,对流场的影响较大;DMD方法可以准确重构非线性和周期性变化流场,重构的误差小于10^-10,预测流场的误差较重构流场出现跳跃增大现象;DMD方法预测非线性变化流场的误差在样本时间区间内较小(小于10^-3),超出样本区间误差的发展急剧增大,变化情况依赖于数据样本;预测周期性流场的误差稳定在10^-4左右.