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Aplicación de la Descomposición Ortogonal Propia en la Caracterización Espaciotemporal y Modelado de Orden Reducido del Campo de Flujo de Interacción Rotor-Estator

Autores: Lin, Yongkang; Yang, Weijian; Wang, Hu; Wang, Fazhong; Hu, Jie; Yao, Jianyao

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Aplicación de la Descomposición Ortogonal Propia en la Caracterización Espaciotemporal y Modelado de Orden Reducido del Campo de Flujo de Interacción Rotor-Estator


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Campos de flujo
Análisis de vibraciones
Interacción fluido-estructura
Estructura de Toeplitz
Descomposición ortogonal adecuada
Modelado de orden reducido

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 29

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El flujo periódico no uniforme inducido por la interacción rotor-estator (RSI) es la principal causa de la vibración forzada de las palas y el fallo por fatiga. Por lo tanto, analizar las características de excitación de los campos de flujo RSI bajo condiciones multiparamétricas es esencial para el análisis de vibraciones y la optimización en la interacción fluido-estructura. Este estudio deriva la estructura de Toeplitz de la matriz de correlación en la descomposición ortogonal adecuada (POD) para campos de flujo estrictamente periódicos y revela que los modos espaciales de POD aparecen en pares con una diferencia de fase espacial de 90 grados, que se origina en la forma coseno y seno de los vectores propios de la matriz de Toeplitz. Tomando una cascada de compresores de 1.5 etapas como ejemplo, se emplea el método POD para extraer de manera efectiva las principales características espaciotemporales del campo de flujo RSI, y la simetría espacial y la diferencia de fase de los modos de POD se interpretan desde una perspectiva física. Para abordar el alto costo computacional y las demandas de recursos que surgen de casos similares a gran escala en la optimización y análisis de excitación multiparamétrica, se propone un método de modelado de orden reducido (ROM) basado en la desacoplación de tiempo-espacio y parámetros utilizando POD multiparamétrica. Se extraen bases espaciales a través del primer nivel de POD, y se aplica un segundo nivel de POD a los coeficientes del primer nivel para obtener bases y coeficientes temporales que dependen únicamente de los parámetros. Se utiliza una interpolación de función de base radial (RBF) para establecer el mapeo entre parámetros y los coeficientes de segundo nivel, lo que permite una construcción eficiente de ROM multiparamétrica. El ROM resultante logra un error de predicción relativo de menos del 1.4% bajo condiciones de operación típicas y menos del 2.9% cerca del límite de estrangulación, mejorando la eficiencia computacional en cuatro órdenes de magnitud mientras mantiene la precisión, proporcionando así un enfoque efectivo para la adquisición de excitación aerodinámica.

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