二维波动板的非线性数值分析
  • 【DOI】

    10.7666/d.y918609

  • 【摘要】

    本文数值分析了模拟鱼类波状摆动的二维波动板问题,分析了其动力学性能。基于如下假设:(i)外部流场为非定常势流,(ii)鱼类游动时,从尾缘脱泻出离散的点涡,(iii)在尾缘处满足非定常Kutta条件,此复杂问题被简化成为对非定常的Laplace方程的求解。 对于波状摆动,推力主要由压差阻力形成。Lighthill的细长体理论和通过涡格法求解的三维波动板理论都曾经对小波幅的波状摆动进行过线性分... 展开>>本文数值分析了模拟鱼类波状摆动的二维波动板问题,分析了其动力学性能。基于如下假设:(i)外部流场为非定常势流,(ii)鱼类游动时,从尾缘脱泻出离散的点涡,(iii)在尾缘处满足非定常Kutta条件,此复杂问题被简化成为对非定常的Laplace方程的求解。 对于波状摆动,推力主要由压差阻力形成。Lighthill的细长体理论和通过涡格法求解的三维波动板理论都曾经对小波幅的波状摆动进行过线性分析,在此基础上,对非线性的大幅波状摆动进行研究,并模拟了尾涡的脱泻、变形和配对过程。本文分析了三种模型:变幅波动板、平板与波动板组合、圆弧板与波动板组合的动力学性能。研究发现,当行波相速度大于流动速度时方能产生向前的正推力,推力系数随着频率的增加单调递增,同时它们也都随着波幅的增加而增加,随着波数的增加而减小。变幅波状摆动,当行波传播方向与前进方向一致时,推进效率较低,反之,波传播方向与前进方向相反时,具有较高的推进效率,推进效率随着频率的增加从0迅速的增加,达到最高点后缓慢的下降。平板与波动板组合和圆弧板与波动板组合的推进效率随着频率的增加缓慢的增加,并渐趋平缓。变幅波动板和平板与波动板组合的推进效率随着波幅的增加而减小,随着波数的增加而增加。圆弧板与波动板组合的推进效率随着波数的增加而增加,同时也随着波幅的增加而增加,这与前面两个模型的变化趋势相反。 基于波耳豪津(Pohlhausen)求解定常边界层方程的方法加以推广求解非定常边界层,并对粘性阻力进行了分析。阻力系数随着频率的增加而增加,同时也随着波幅的增加而增加,但是随着波数的增加而减小。 收起<<

  • 【作者】

    张诚 

  • 【学科专业】

    流体力学

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    中国科学技术大学

  • 【导师姓名】

    陆夕云,庄礼贤

  • 【学位年度】

    2005

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    波状摆动  尾涡  脱泻  粘性阻力  二维波动板