多个柔性梁V型集群行为节能机理研究

作     者：张磊 敖雷 裴志勇 Zhang Lei;Ao Lei;Pei Zhiyong

作者机构：武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063 绿色智能江海直达船舶湖北省工程研究中心武汉430063 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2022年第54卷第6期

页      面：1706-1719,I0005页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080103[工学-流体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：中国博士后科学基金资助项目(2019M652650)。 

主　　题：集群行为 计算流体力学 流固耦合 数值模拟 节能 

摘      要：V型排列是自然界中常见的动物(如大雁等迁徙性鸟类)集群模式,普遍推测该模式可以有效地降低能耗,然而目前没有研究给出相关的直接数据证据.开展其节能机理研究有助于提升对集群自然现象的认知水平,为集群仿生应用打下基础.本文采用基于Fluent二次开发的数值方法求解多个柔性体−流体介质相互作用的流固耦合问题,其中流体动力学方程采用有限体积法进行求解,柔性体动力学控制方程通过用户自定义模块(UDF)嵌入,并采用模态叠加法和4阶龙格库塔法求解,流固交界面形变使用动网格技术处理.实现了多个自推进二维柔性梁自主形成V型集群运动过程的数值模拟,并将得到的推进性能参数(平均速度,输入功率和效率)与单独自推进柔性体的数据进行对比.研究发现:该V型集群运动中不仅后排柔性梁的速度和推进效率得到提升,领头柔性梁性能也得到大幅提升,增幅均超过14%.此外,对V型集群运动的流场细节(涡量和压力云图)开展分析,揭示了多柔性梁V型集群行为产生的原因和节能的内在机理,特别是对领头柔性梁的节能机理进行了阐述.