基于自适应动网格技术的类鱼游动水动力及流场特性的数值研究
作者单位：上海交通大学海洋工程国家重点实验室 高新船舶与深海开发装备协同创新中心(船海协创中心)
会议名称：《中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大...》
会议日期：2017年
学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造]
关 键 词：数值模拟 动网格技术 类鱼推进 尾流场 反卡门涡街
摘 要：在类鱼游动中的数值研究中,鱼体游动与流场特性之间的联系是研究关注的重点。类鱼游动流场的特征之一是流场边界的复杂柔性变化,目前对于该类流场的研究主要采用基于非结构动网格的计算方案,而结构化网格在数值计算中的许多优点没有得到充分利用。本文对于柔性边界的运动和变形处理,采用了一种新的基于结构化网格的动网格方案,有效提升了计算的速度和精度。本文使用NACA0010翼型作为鱼体模型模拟类鱼游动,研究类鱼游动的水动力及流场特性。研究发现,在层流状态下(Re10)时,鱼体的波状运动产生了相反的效应,鱼体的摩擦阻力开始低于刚体。研究中分别采用了涡量判据和Q判据来研究鱼体流场中的涡分布,包括鱼体周围的鱼体涡及尾流场中的下泄涡。对比湍流流场中刚体拖曳和波状游动的尾流,可以发现鱼体波动显著影响了流场的状态。尾流的涡街使得流场的湍动能和湍流黏度比出现了下降,通过改变鱼体的运动参数,计算发现波状游动的尾流场出现了不同的尾涡形态。本文的研究为鱼类的仿生学研究及水下潜器的仿生推进设计提供了参考意义。