扑翼尾迹中侧向自由的柔性细丝水动力效能研究

发布时间：2021-01-23 12:17

　　流固耦合是自然界中常见的现象,如海里的海草植物随海水摆动,空中飞翔的鸟群以及水里游动的鱼群等等,为了探究其中的控制机理科学家做了很多研究包括实验与数值模拟研究,本文利用浸入边界法与计算机数值模拟的方法来探究柔性细丝的流固耦合现象。本文的物理模型为主动扑翼与被动弹性细丝,其中把细丝的头端设置为只能在Y方向移动,在X方向则被固定,通过对扑翼与细丝设置不同的参数来探究细丝的质量、细丝头端与扑翼尾端的间距以及细丝的长度对系统的影响。通过数值模拟我们发现,随着细丝的密度的增加也就是质量的变大（在间距为2的情况下）,细丝的阻力系数会随着密度的增加而变大,且几乎是线性的增加,这是由于细丝密度增加的同时细丝的惯性力也在增加,由于细丝的惯性力直接作用于流场上,因此流场的各种物理场也会随着惯性力的改变而改变,在各种物理场中速度场决定了细丝与扑翼的阻力系数大小,且流场的速度与细丝的摆动速度的比值也决定了细丝的运动模式,在部分参数下细丝的运动模式由模式一及模式三,四转化成模式二,这是因为流场速度与细丝摆动速度的比值改变导致细丝头端与涡核相撞造成的。而扑翼的阻力系数几乎不发生变化,只有微小的波动,这说明在间距为... 

【文章来源】：南昌航空大学江西省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 鱼鸟类动物集群式运动的实验研究现状
        1.2.2 鱼鸟类动物集群式运动的数值研究现状
        1.2.3 浸入边界方法的研究现状
    1.3 本章小结
    1.4 论文提纲
第2章 数值方法与程序验证
    2.1 前言
    2.2 两种浸入边界方法
        2.2.1 直接力法
        2.2.2 连续力法
    2.3 数值求解N-S方程的有限体积方法
        2.3.1 流场控制方程
        2.3.2 边界条件与动量方程离散（n-1→n）
        2.3.3 压力修正方程
        2.3.4 生成计算网格
        2.3.5 程序流程图
        2.3.6 程序的验证
    2.4 本章小结
第3章 弹性细丝的密度对系统影响分析
    3.1 引言
    3.2 物理模型与数值方法
    3.3 计算结果与分析
        3.3.1 四种运动模式
        3.3.2 细丝密度变化对扑翼的影响
        3.3.3 细丝密度变化对细丝的影响
        3.3.4 对鱼鸟类动物集群运动机理的揭示及对仿生机器的启示
    3.4 本章小结
第4章 弹性细丝的长度对系统的影响分析
    4.1 引言
    4.2 物理模型与数值方法
    4.3 计算结果与分析
        4.3.1 细丝长度变化对扑翼的影响
        4.3.2 细丝长度变化对细丝的影响
        4.3.3 对鱼鸟类动物集群运动机理的揭示及对仿生机器的启示
    4.4 本章小结
第5章 细丝与扑翼之间的间距对系统的影响
    5.1 引言
    5.2 物理模型与数值方法
    5.3 计算结果分析
        5.3.1 间距变化对扑翼的影响
        5.3.2 间距变化对细丝的影响
        5.3.3 对鱼鸟类动物集群运动机理的揭示及对仿生机器的启示
    5.4 本章小结
第6章 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文和参加科研情况
    一、论文发表情况
    二、参加科研情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]“槽道效应”在鱼群游动中的节能机制研究[J]. 王亮,吴锤结.  力学学报. 2011(01)

硕士论文
[1]鱼群和鸟群迁徙运动中的流体力学机理研究[D]. 林星箭.南昌航空大学 2017



本文编号：2995194