基于数据驱动的流场控制方程的稀疏识别

利用有限数据建立系统的非线性动力学模型是具有挑战性的重要课题. 数据驱动的稀疏识别方法是近年来发展的从数据识别动力系统控制方程的有效方法. 本文基于数据驱动稀疏识别方法对不同流场的控制方程进行了识别. 采用非线性动力学偏微分方程函数识别(partial differential equations functional identification of nonlinear dynamics, PDE-FIND)方法和最小绝对收缩和选择算子(least absolute shrinkage and selection operator, LASSO)方法对二维圆柱绕流、顶盖驱动方腔流、Rayleigh-Bénard (RB)对流和三维槽道湍流的控制方程进行了识别. 在稀疏识别过程中, 采用直接数值模拟得到的流场数据来计算过完备候选库中的每一项, 候选库中变量最高保留到二次, 变量导数最高保留到二阶, 非线性项最高保留到四阶. 结果发现PDE-FIND方法和LASSO方法对于不含有非线性项的控制方程, 如涡量输运方程、热输运方程和连续性方程, 都能准确识别. 对于含有强非线性项的控制方程, 如Navier-Stokes方程的识别, PDE-FIND方法正确地识别出了控制方程及流场的Rayleigh数和Reynolds数, 而LASSO方法识别结果不正确, 这是因为候选库中的项之间存在分组效应, LASSO方法通常只取分组中的一项. 本文还发现选择流动结构丰富的区域的数据进行控制方程的稀疏识别可以提高识别的准确性.      

基于深度强化学习的近壁圆柱绕流控制

基于深度强化学习方法（deep reinforcement learning,DRL）,采用一对施加在圆柱表面的质量流量为零的射流,对Re=200,400,间隙比G/D=0.5,0.7,1.0,1.5,2.0的近壁圆柱进行主动流动控制研究。通过DRL方法获得不同参数下的射流控制策略与相应控制效果,并讨论了不同射流位置（90°,270°）、（90°,320°）、（90°,360°）对控制效果的影响。研究发现Reynolds数、间隙比和射流位置都对控制效果有重要的影响。射流位置为（90°,270°）时通过DRL控制可以有效降低阻力系数及其波动,控制后的圆柱尾迹被拉长且圆柱前后压差降低。射流位置为（90°,320°）和（90°,360°）的控制效果相似,都能使平均阻力系数有所降低,但控制位置的不对称性导致控制后的阻力系数波动较大。Reynolds数和间隙比的增大会增加控制射流的质量流量水平,在相同条件下,使用（90°,270°）的射流位置可以用相同的质量流量得到更好的控制效果。      

Local Heating Effect of Flow Past a Circular Cylinder

Heating effects of air flows past a two-dimensional circular cylinder at low Reynolds numbers and low Mach numbers are investigated by numerical simulation. The cylinder wall is heated partially rather than heated on the whole surface as with previous researches. The heating effects are completely different for various heating locations on the cylinder surface. Heating either windward or leeward side stabilizes the flow and reduces or completely suppresses vortex shedding from the cylinder at supercritical Reynolds numbers, which is consistent with previous results of heating on the whole surface of the cylinder. However, as the lateral sides of the cylinder （perpendicular to the stream-wise direction） are heated, an adverse effect is found for the first time in that the flow is destabilized and vortex shedding can be excited at subcritical Reynolds numbers. As the lateral sides of the cylinder are cooled, the flow is stabilized.