电磁力作用下绕流减阻与优化控制

摘要

电介质溶液中,电磁场产生的Lorentz力可以控制流体的运动.将其用于钝体绕流时,可以减少阻力、抑制分离和消除涡街.为了使这种控制更加经济和有效,电磁场的强度即控制强度,应当是优化的,随流场实时调正的.基于优化控制理论,以圆柱绕流的电磁优化控制为例,推导了流场电磁控制的性能指标表达式和协态方程,并对雷诺数Re为200流场的非线性优化控制问题进行了数值研究,流场的基本方程为指数极坐标中考虑场力的Navier-Stokes方程,计算采用交替方向隐式格式和快速傅里叶变换格式.得到了优化电磁场强度的变化规律,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.研究结果表明,通过优化控制,可以达到减少阻力、抑制分离和消除涡街及涡生振荡的目的.