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叶轮机械是实现机械功与流体能量有效转换的旋转式机械的通称,不但广泛应用于国民经济的各生产部门,而且在航空航天等国防尖端技术领域也有重要的用途。叶轮机械内部的三维复杂流动具有明显的非定常特征,提取叶轮机械内部流场的特征频率及其对应的流动结构,对于分析流动现象、深入理解流动机理乃至保障机组安全高效地运行等都有非常重要的意义。随着计算机性能和计算方法的发展,基于数据驱动的动态模态分解方法(Dynamic mode decomposition,DMD)被应用到流体力学领域。本文将该技术应用在汽轮机末级叶片小流量下的不稳定流动、轴流压气机旋转不稳定性流动以及离心压气机蜗壳在失稳工况下的流动。提取非定常非稳定流动的特征频率及其模态结构,为进一步认识不稳定流动现象提供新的方法。本文主要的研究工作如下:1.应用DMD方法分析在25%和17%质量流量工况下汽轮机末级动叶进口区域流场的动态特征。结果表明,DMD方法能够捕捉到流场中主要的特征频率及对应的扰动结构。其中,在17%质量流量工况下,捕捉到旋转不稳定现象的基本特征,通过DMD模态重构直观地显示了该扰动随时间的变化规律。2.应用DMD方法对轴流转子Rotor35在小流量工况下的流场进行分析,识别到了宽频驼峰结构中不同频率对应的流动模态,及其周向扰动模态数目,直观地再现了扰动在不同轴向位置所表现的周向传播特征。3.应用DMD方法对离心压气机失稳工况下蜗壳内部的流动进行分析,捕捉到了分别与叶轮旋转和失稳相关的特征频率及相应的DMD模态。通过DMD模态重构,直观地显示了该工况下蜗壳内部四点钟区域的类似驻波的扰动结构。4.采用压缩动态模态分解方法(Compressed dynamic mode decomposition,CDMD)来提高对蜗壳三维流场的处理效率,对比了不同压缩率对辨识特征频率和流动模态的影响,对CDMD方法应用过程中压缩率的选取有指导意义。