前后排列柔性细丝在黏性流体中自主推进的稳定形态及动力学机制

发布时间：2017-12-14 21:33

  本文关键词：前后排列柔性细丝在黏性流体中自主推进的稳定形态及动力学机制

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【摘要】：鱼类集群运动行为蕴含着复杂的水动力学机制.针对一种简化的鱼类集群运动模型,利用浸没边界方法对黏性流体中做自主推进运动的两个前后排列柔性细丝进行数值模拟,对其稳定运动时的排列形态以及相应的涡相互作用模态开展研究.为保证进行长时间的自主推进运动,本文将流体和固体运动方程写在非惯性系下,通过基于投影思想的隐式动量力实现流固耦合,避免了自主推进运动对计算域尺寸要求过大的问题,可以有效节省计算量.通过改变前后细丝的初始水平间距和垂向偏移距离,发现了3种稳定排列形态:远距离前后排列、近距离前后排列和并行排列.对于远距离前后排列形态,后排细丝受垂向偏移距离的影响较小,始终会穿过前排细丝脱落的涡;对于近距离前后排列形态,前排细丝表面的剪切层在脱落成涡之前和后排细丝表面的剪切层合并,脱落成较强的涡,推进速度较快,前后细丝的运动和受力会有一定的相位差;当垂向偏移距离增大,后排细丝受前排细丝的影响减小,最终稳定于并行排列同步运动,上下细丝两侧的同号剪切层合并脱落成较强的涡,但由于迎风面积增大而推进速度变慢.
【作者单位】： 清华大学工程力学系;
【基金】：国家自然科学基金优秀青年科学基金(11322221) 清华大学自主科研项目(20131089267)资助
【分类号】：O39
【正文快照】： 鱼类在水动力操纵方面的能力非常突出.经过现.仿生机器鱼要做到像真实鱼类那样运动,其中一上亿年的进化,鱼类拥有先进的推进系统,具有高个非常重要的问题就是对鱼类推进的水动力学机制效、低能耗、高机动性、低噪声等特点.一般情况下,的深刻理解.然而,鱼类运动研究中必须考虑

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本文编号：1289450