基于大涡模拟的海豹胡须流场分析

发布时间：2021-11-05 22:47

　　在认知机器人设计中,触觉传感系统因其稳定性收到广泛的应用。目前,触觉传感器的设计灵感多来自于哺乳动物的胡须。海豹胡须在猎物尾迹的中会产生剧烈振动,这种特性使其成为水下传感器设计灵感的主要来源。本文结合国内外海豹胡须相关研究的成果,通过对不同海豹胡须流场的计算,研究胡须在流场中受到的作用,从而解释海豹胡须的探测原理,并为海豹胡须传感器的设计提供理论指导。本文基于大涡模拟的数值方法,对不同工况下的海豹流场进行了计算,其中包括胡须在均匀来流和尾迹中的绕流场,以及不同攻角的胡须绕流场。通过胡须表面力以及绕流场特性分析胡须的运动响应。在均匀来流的情况下,对比分析了雷诺数Re=3000时的胡须和圆柱绕流场。计算结果表明,胡须表面升力和阻力系数的波动极小,脉动升力系数为圆柱的二十分之一。与圆柱绕流的二维特性不同,胡须周围的压力分布和速度分布随着轴向位置的不同而发生改变,不同截面的边界层脱落方向也不相同,这种不同步的涡脱落模式使胡须表面力的波动减小,从而抑制胡须的涡致振动。本文在攻角对于绕流场影响的研究中,计算了0°、30°、60°及90°四种攻角的胡须柱绕流场。随着攻角的增大,胡须表面力的波动逐渐增... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

哺乳动物的胡须[1]

化剧烈的时间特性。由于DNS需要巨大的存储空间和计算速度，目前它还不能应用于实际工程计算中，但大量的探索性工作仍在进行。图2-1 湍流数值方法的分类2.2.2 大涡模拟为了模拟湍流流动，计算中必须使最大尺度和最小尺度涡都能够得到求解。然而，目前能够采用的计算网格的最小尺度仍比最小涡的尺度大许多。因此，目前只能放弃对全尺度范围上涡的模拟，而只将比网格尺度大的湍流运动通过Navier-Stokes方程直接计算出来的，对于小尺度的涡对大尺度运动的影响则通过建立模型来模拟，从而形成了目前的大涡模拟。

此类振动很可能会成为传感器的干扰信号，致振动问题，本章将计算胡须在均匀来流中从而分析胡须几何构型对于涡致振动的影响。的研究，胡须的几何建模尺寸如表 3-1 所示统的建模软件无法生成，因此本文采用点坐，圆柱的特征长度和胡须的特征长度一致，均的计算模型时，两者采用同样的建模方法。.015 m 为基本尺度，采用无量纲化建模方式建环境的雷诺数范围，计算 Re=3000 时胡须绕流

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3478647