基于直角网格法的单个和阵列布置下柔性水翼绕流数值模拟

作     者：辛建建 陈振雷 石凡 石伏龙 Xin Jian-Jian;Chen Zhen-Lei;Shi Fan;Shi Fu-Long

作者机构：宁波大学海运学院宁波315211 长沙理工大学水利工程学院长沙410114 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2020年第69卷第4期

页      面：141-150页

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 07[理学] 0707[理学-海洋科学] 080103[工学-流体力学] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0824[工学-船舶与海洋工程] 070102[理学-计算数学] 0701[理学-数学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金(批准号:51909124) 国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目(批准号:51720105011) 浙江省自然科学基金(批准号:LY17A020002) 宁波大学人才工程项目(理)(批准号:421806920) 宁波大学王宽诚幸福基金~~ 

主　　题：浸入边界法 径向基函数 柔性水翼 阵列布置 

摘      要：研究柔性水翼在不可压缩流体中的水动力特性,对于船舵和减摇鳍等海洋结构物的设计和性能优化具有重要意义.本文将自主开发的径向基函数虚拟网格法求解器扩展到模拟绕单个或多个柔性水翼的不可压缩流动问题.数值模型基于虚拟网格有限差分法考虑浸入边界对流场的影响,引入紧支径向基函数(compact supported radial basis function,CSRBF)以物面Lagrangian质点追踪复杂的柔性动边界.基于该方法,首先模拟了均匀流中主动拍动的柔性水翼,升阻力系数良好的网格收敛性结果验证了本文方法的精度和可靠性.并研究了柔性水翼在不同振荡频率下的水动力特性,阐述了柔性水翼的推力生成机制.然后模拟了绕阵列布置柔性水翼的流动现象,研究了不同间距和不同振荡频率下水翼表面的升阻力系数变化规律和尾涡特性,观察到紧密布置的柔性水翼在高频振荡下推力系数存在显著的放大效应,同时推力为零时的临界频率提前.