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On least-order flow representations for aerodynamics and aeroacoustics

Schlegel, Michael und Noack, Bernd R. und Jordan, Peter und Dillmann, Andreas und Gröschel, Elmar und Schröder, Wolfgang und Wei, Mingjun und Freund, Jonathan B. und Lehmann, Oliver und Tadmor, Gilead (2012) On least-order flow representations for aerodynamics and aeroacoustics. Journal of Fluid Mechanics, Vol. 697, Seiten 367-398. Cambridge University Press. DOI: 10.1017/jfm.2012.70.

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Offizielle URL: http://journals.cambridge.org/action/displayIssue?iid=8527965#

Kurzfassung

We propose a generalization of proper orthogonal decomposition (POD) for optimal flow resolution of linearly related observables. This Galerkin expansion, termed ‘observable inferred decomposition’ (OID), addresses a need in aerodynamic and aeroacoustic applications by identifying the modes contributing most to these observables. Thus, OID constitutes a building block for physical understanding, leastbiased conditional sampling, state estimation and control design. From a continuum of OID versions, two variants are tailored for purposes of observer and control design, respectively. Firstly, the most probable flow state consistent with the observable is constructed by a ‘least-residual’ variant. This version constitutes a simple, easily generalizable reconstruction of the most probable hydrodynamic state to preprocess efficient observer design. Secondly, the ‘least-energetic’ variant identifies modes with the largest gain for the observable. This version is a building block for Lyapunov control design. The efficient dimension reduction of OID as compared to POD is demonstrated for several shear flows. In particular, three aerodynamic and aeroacoustic goal functionals are studied: (i) lift and drag fluctuation of a two-dimensional cylinder wake flow; (ii) aeroacoustic density fluctuations measured by a sensor array and emitted from a two-dimensional compressible mixing layer; and (iii) aeroacoustic pressure monitored by a sensor array and emitted from a three-dimensional compressible jet. The most ‘drag-related’, ‘lift-related’ and ‘loud’ structures are distilled and interpreted in terms of known physical processes.

Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:published online 16 March 2012
Titel:On least-order flow representations for aerodynamics and aeroacoustics
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-Adresse der Autoren
Schlegel, MichaelTU Berlin, D-10623 Berlin, Germany
Noack, Bernd R.CNRS–Universit´e de Poitiers–ENSMA,F-86036 Poitiers CEDEX, France
Jordan, PeterCNRS–Universit´e de Poitiers–ENSMA, F-86036 Poitiers CEDEX, France
Dillmann, AndreasNICHT SPEZIFIZIERT
Gröschel, ElmarRheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, D-52062 Aachen, Germany;ABB Turbo Systems AG, 5400 Baden, Switzerland
Schröder, WolfgangRheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, D-52062 Aachen, Germany
Wei, MingjunNew Mexico State University, Las Cruces, NM 88003-8001, USA
Freund, Jonathan B.University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61801, USA
Lehmann, OliverNortheastern University,Boston, MA 02115, USA
Tadmor, GileadNortheastern University, Boston, MA 02115, USA
Datum:2012
Erschienen in:Journal of Fluid Mechanics
Referierte Publikation:Ja
In Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:Vol. 697
DOI :10.1017/jfm.2012.70
Seitenbereich:Seiten 367-398
Verlag:Cambridge University Press
Status:veröffentlicht
Stichwörter:aeroacoustics, low-dimensional models, wakes/jets
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Starrflügler
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AR - Starrflüglerforschung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Flugphysik
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Leitungsbereich AS GO
Hinterlegt von: Ilka Micknaus
Hinterlegt am:20 Apr 2012 13:24
Letzte Änderung:26 Mär 2013 13:38

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