单个或多个柔性体自主推进的流固耦合数值研究

发布时间：2023-04-26 19:40

　　流固耦合现象广泛存在于自然界和工程领域中,关于流固耦合问题的研究具有重要的学术意义和工程背景。本文采用浸入边界-格子玻尔兹曼和非线性有限单元法相结合的方法,研究了单个或多个柔性体自主推进的三个典型的流固耦合问题。本文的主要工作及结论简述如下:研究了二维柔性板在平直壁面附近的自主推进问题。结果表明,适当的板与周围流体的密度比(M)可以提高板的推进特性。对于相对较小的M,当板靠近壁面时,侧向力增强,输入功增大;对于较大的M,当平板靠近地面时,平板变形受到抑制,输入功减小。通常情况下,板的拍动越靠近壁面,推进特性就越好。当板足够靠近壁面时(在临界最小距离内),效率达到最大值的平台期。同时,对流场涡结构和压力场进行了分析。研究了三维柔性板后缘形状对自主推进特性的影响。在本文研究中,板的尾缘是对称的“V”字形,尾缘角度φ从30°(凹板)到150°(凸板)不等。在不同的弯曲刚度K下,确定了推进速度U和效率η随φ的三种不同的变化趋势。当弯曲刚度很小、中等、较大时,方板、凸板和凹板分别获得最优的推进特性。通过流场涡结构和速度场的分析表明,通常情况下推进性能越好的板向后射流越长,射流的倾斜角越小。很小和...

【文章页数】：125 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 流固耦合的研究背景和意义
    1.2 流固耦合的研究现状
        1.2.1 活体观测
        1.2.2 理论分析
        1.2.3 数值和实验模拟
    1.3 本文主要研究工作
第二章 控制方程和数值方法
    2.1 流体力学方程及数值方法
        2.1.1 流体力学方程
        2.1.2 格子玻尔兹曼方法简介
    2.2 结构运动方程及数值方法
        2.2.1 梁的运动方程
        2.2.2 薄板结构的运动方程
        2.2.3 结构运动方程的数值方法
    2.3 流固耦合的边界条件及数值方法
        2.3.1 流固耦合的边界条件
        2.3.2 流固耦合的数值方法
        2.3.3 流固耦合的程序流程
第三章 平直壁面效应下二维柔性板的自主推进特性
    3.1 引言
    3.2 物理问题和数学描述
    3.3 计算描述和程序验证
    3.4 计算结果和讨论
        3.4.1 壁面作用下的推进特性
        3.4.2 板的非定常特性与变形
        3.4.3 涡结构与压力分布
    3.5 本章小结
第四章 不同尾缘形状柔性板的自主推进特性
    4.1 引言
    4.2 物理问题和数学描述
    4.3 数值计算方法和程序验证
    4.4 计算结果和讨论
        4.4.1 板的推进特性
        4.4.2 流场分析
        4.4.3 板的变形与压力场分析
        4.4.4 板的受力分析和推进特性的归一化
        4.4.5 板的形状对输入功率的影响
    4.5 本章小结
第五章 多个并排柔性板自主推进的数值研究
    5.1 引言
    5.2 物理问题和数学描述
    5.3 计算描述和程序验证
    5.4 计算结果和讨论
        5.4.1 同相拍动
        5.4.2 反相拍动
    5.5 本章小结
第六章 工作总结和研究展望
    6.1 工作总结
    6.2 主要创新点
    6.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间的研究成果
致谢



本文编号：3802100