基于浸入边界法的拍动翼尾涡结构与水动力分析-应用科技-哈尔滨.PDF

第４２卷第６期 应　 　 　 用　 　 　 科　 　 　 技 Ｖｏｌ．４２ №．６ ２０１５年１２月 Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｃ． ２０１５ ｄｏｉ：１０．１１９９１／ ｙｙｋｊ．２０１５０８００９ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ／ ２３．１１９１．Ｕ２１１７．００６．ｈｔｍｌ 基于浸入边界法的拍动翼尾涡结构与水动力分析 李宁宇，苏玉民，刘葳兴，刘鹏，曹建 哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室，黑龙江哈尔滨 １５０００１ 摘　 要：针对目前拍动翼尾涡结构与水动力性能关系的研究有限，参数影响分析集中于水动力性能方面，且拍动翼等仿 生流动的数值模拟经常涉及复杂移动边界问题的现状，应用自主开发的改进浸入边界法数值模拟拍动翼的非定常运动， 探讨翼运动学、涡动力学和力的产生之间的关系。 结果表明，所提出的边界条件重建算法兼顾计算效率和健壮性，开发 的移动边界处理方法可有效解决浸入边界法中移动边界相关问题。 三维拍动翼的尾涡由两列形状复杂的涡环组成，这 两列涡环与尾流中心线成一定倾角向下游对流。 水动力性能随运动参数的变化取决于力产生表象之下的涡动力学，包 括涡的强度和方向、涡环的相互连接和粘性耗散。 关键词：拍动翼；浸入边界法；尾涡结构；水动力性能；推进机理；不可压缩Ｎ⁃Ｓ方程 中图分类号：Ｏ３５７．１　 　 　 　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 　 　 　 文章编号：１００９⁃６７１Ｘ（２０１５）０６⁃０２６⁃０６ Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｒａｉｌｉｎｇ ｖｏｒｔｅｘ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｆｌａｐｐｉｎｇ ｗｉｎｇｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｍｍｅｒｓｅｄ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｍｅｔｈｏｄ ＬＩ Ｎｉｎｇｙｕ，ＳＵ Ｙｕｍｉｎ，ＬＩＵ Ｗｅｉｘｉｎｇ，ＬＩＵ Ｐｅｎｇ，ＣＡＯＪｉａｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｔｕｄｉｅｓｔｈａｔｈａｖｅｅｘａｍｉｎｅｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｆｌａｐｐｉｎｇｗｉｎｇｔｒａｉｌｉｎｇｖｏｒ⁃ ｔｅｘ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｌｉｍｉｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓｆｏｃｕｓｅｄｏｎｈｙ⁃ ｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｌａｐｐｉｎｇ ｗｉｎｇ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｂｉｏｎｉｃｆｌｏｗｓ ａｌｗａｙｓ ｉｎｖｏｌｖｅｓ ｉｎ ｉｓｓｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｍｏｖｉｎｇ ｂｏｕｎｄａｒｙ． Ｓｅｌｆ⁃ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｉｍｍｅｒｓｅｄ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｓｉｍｕ⁃ ｌａｔｅ ｔｈｅ ｎｏｎ⁃ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌａｐｐｉｎｇ ｗｉｎｇ． Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗｉｎｇ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ，ｖｏｒｔｅｘ ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｒｃｅ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｇｉｖｅｓｃｏｎｓｉｄ⁃ ｅｒａｔｉｏｎｔｏｂｏｔｈｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ．Ｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｍｏｖｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｉｓｓｕｅｓ