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非线性动力学中特征尺度的分析及对双圆柱绕流的研究

作　者: 张宁
导　师: 麻伟巍
学　校: 东华大学
专　业: 固体力学
关键词: 信号处理特征尺度双圆柱绕流时-频分析数值模拟
分类号: O351.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 108次
引　用: 1次
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内容摘要

实验信号在采集过程中往往会遇到噪声干扰问题,噪声信号不仅会与信号中的有用部分混淆在一起,而且会影响到信号的处理结果和分析判断。本文提出在对实验数据进行处理分析之前对信号进行预处理,去除信号中含有的噪声信号、干扰信号和小能量尺度信号。基于EMD原理的应用,本文提出三次样条的EMD滤波降噪方法。通过与小波包降噪的效果相比较发现:EMD滤波降噪方法可以自适应地去除噪声,并达到比小波包降噪更好的降噪效果,具有更加精确的局部分析能力;针对传统的信号处理方法在去除干扰信号时,会造成与干扰信号处于同一频率尺度上的有用信号的损失这一问题,本文提出从能量尺度出发,有效地去除了信号中的干扰信号,保留了信号同一频带上的有用信息:双圆柱绕流的尾流场存在不同能量尺度的涡结构,而EMD方法是基于信号本身特有特征尺度分解信号的。本文利用EMD方法的这一特点,对尾流场的大涡结构进行了磨光处理,有助于分析判断尾流场中大涡的时空变化。实验是研究双圆柱绕流的重要手段和方式,如何从大量的双圆柱绕流实验数据里提取更多的有用信息,以揭示绕流的一些内在机理,帮助人们加深对绕流本质的理解就显得尤其重要。本文通过频域分析和时-频分析两种方法对并列双圆柱绕流实验数据进行了气、固同步处理,对尾流场中不同位置的涡街变化规律从能量幅值角度作了分析和描述。传统的数值模拟方法研究双圆柱绕流大都是从时域分析的尺度出发,本文利用Fluent软件,按1:1比例对双圆柱绕流进行三维建模和数值模拟,通过设置监控点采集动态模拟信号,进而对模拟信号进行了频域分析和时-频分析,相对于时域分析,可以更有效地掌握尾流场中不同能量尺度涡结构的时空变化规律,通过与实验结果比较分析,有助于寻找实验信号中的有用部分,对边界层分离、旋涡脱落等复杂流动现象可以更为直观地分析研究。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-19
  1.1 实验信号处理方法中的特征尺度的发展与研究  10-14
    1.1.1 信号处理方法的研究发展  10-12
    1.1.2 实验信号处理方法在滤波降噪方面的应用  12-13
    1.1.3 实验信号处理方法在去除干扰信号方面的研究  13
    1.1.4 信号处理方法在尺度磨光方面的应用  13-14
  1.2 双圆柱绕流的学术背景  14-17
    1.2.1 实验研究方法  15
    1.2.2 理论研究方法  15-16
    1.2.3 数值模拟方法  16-17
  1.3 本文的研究内容与创新点  17-19
第2章基于EMD原理的实验信号处理方法  19-38
  2.1 HHT方法的原理  19-23
    2.1.1 经验模态分解方法(EMD)  19-21
    2.1.2 Hilbert变换和Hilbert谱计算  21-22
    2.1.3 EMD方法中的端点效应问题  22-23
  2.2 基于EMD原理的实验信号预处理方法  23-37
    2.2.1 基于EMD原理的滤波降噪方法  23-29
    2.2.2 基于EMD方法去除干扰信号  29-32
    2.2.3 基于能量尺度研究的EMD磨光方法  32-37
  2.3 本章小结  37-38
第3章实验信号的气-固同步采集与处理分析  38-55
  3.1 实验装置的设计  38-40
    3.1.1 实验风洞的设计  38-39
    3.1.2 信号采集的实验仪器  39-40
  3.2 气-固实验信号的同步采集  40-41
  3.3 实验信号的处理与分析  41-54
  3.4 本章小结  54-55
第4章并列双圆柱绕流实验的数值模拟  55-74
  4.1 实验模型建立  55-56
  4.2 利用Fluent软件对双圆柱绕流进行数值模拟  56-61
    4.2.1 建立求解模型  56-57
    4.2.2 建立三维控制方程并设置求解条件  57-59
    4.2.3 设置动态监控点并进行气-固信号同步采集  59-61
  4.3 对模拟信号进行处理分析  61-66
    4.3.1 气-固信号的时域分析处理  61-62
    4.3.2 气-固信号的时-频处理分析  62-66
  4.4 尾流场的雷诺应力分析  66-73
  4.5 本章小结  73-74
第5章结论及展望  74-76
  5.1 结论  74-75
  5.2 展望  75-76
参考文献  76-81
致谢  81-82
攻读硕士学位期间发表的学术论文  82

非线性动力学中特征尺度的分析及对双圆柱绕流的研究

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