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模拟生物运动的流固耦合数值研究
中文名称: 模拟生物运动的流固耦合数值研究
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论文编号: 4129541收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Numerical Investigation of Bio-inspired Flow-Structure Interaction
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 流体力学
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 内置边界法 流固耦合 丝线 柔性板 多体干扰 能量
简介目录: 点击此处 免费索取本论文简介和目录>>
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       论文发表:快速、低价、包过!发表论文就找论文天下

论文摘要: 生物运动中的流固祸合广泛存在于自然界中,其数值模(略)的物理机理对于人们认识生物运动规律具有重要的作用.此外,此类研究有助于仿生技术的发展,为国民经济建设和国防事业提供技术储备.本文发展了一种新型的罚内置边界-格子玻尔兹曼方法,并围绕柔性(略)和流体的相互作用进行了若干研究.主要工作和研究成果如下 ⒈发展了适合于具有质量的弹性丝线与周围粘性流体相互作用的罚内置边界玻尔兹曼方法.在这种方法中,丝线上的速度边界条件是通过将其对流体的应力分布到周围流体点上来实现的.为了计(略)效应,假定物理丝线仪含有弹性特性,并与流体直接作用;引入只有惯性特性的虚拟(ghost)丝线,它(略)有质量,但不与流体直接相互作用.物理丝线和虚拟丝线之间通过虚拟弹簧相连,使得物理丝线和虚拟丝线的综合行为与具有惯性特性和弹性特性的丝线相当.这样处理能增加数值稳定性,突破了格子玻尔兹曼方法难以模拟具有质量的弹性丝线与周围流体相互作用的局限性. ⒉研究了弹(略)刚体的相互干扰.通过改变Reynolds数和丝线与刚体的间距,发现了五种耦合模态,分别为静止状态、涡脱落模态、摆动抑制模态、摆动解耦模态...
Flow-structure int(omitted)roblems inspired from bio-locomotion are ubiquitous in nature. The relevant numerical methods and the basic mechanism(omitted)tructure interaction are important for understanding the biobehavior. In addition, this issue has the potential to revolutio(omitted)ensing and in(omitted)gathering capabilities in arcas such as environmental monitoring and homeland security. In this thesis, a new version of penalty immersed boundary method (IBM) based on(omitted)ck lattice Boltzmann m...
目录:
摘要第5-7页
Abstract第7-8页
目录第9-13页
插图目录第13-18页
表格目录第18-19页
第1章 绪论第19-33页
  ·研究背景第19-20页
  ·生物飞行和游动的研究方法第20-24页
    ·实验研究第20-22页
    ·理论分析第22-23页
    ·数值模拟第23-24页
  ·生物非定常飞行的主要机理第24-27页
    ·Weis-Fogh拍合和张开机制第24-25页
    ·快速俯仰旋转第25页
    ·尾迹俘获第25-26页
    ·前缘涡延迟脱落第26页
    ·翼尖涡的作用第26-27页
    ·被动俯仰旋转机制第27页
  ·生物游动的推进机理第27-30页
    ·微生物的蛇形推进第27页
    ·大生物的波动推进第27-28页
    ·鱼类的扇形运动推进第28页
    ·其他推进方式第28页
    ·尾涡结构和Strouhal数第28-29页
    ·背鳍的作用第29-30页
  ·生物运动中的流固耦合第30-31页
  ·本文主要研究工作第31-33页
第2章 控制方程和数值方法第33-61页
  ·引言第33-36页
  ·控制方程第36-37页
    ·流体运动控制方程第36页
    ·固体控制方程第36-37页
  ·罚内置边界-格子波尔兹曼方法第37-42页
    ·格子波尔兹曼方法第37-39页
    ·改进罚内置边界法第39-42页
  ·锐利界面内置边界法第42-49页
    ·Navier-Stokes方程的差分格式第42页
    ·锐利界面内置边界法第42-47页
    ·固体结构的有限元方法第47-48页
    ·流固耦合计算流程第48-49页
  ·数值方法的验证第49-57页
    ·罚内置边界-格子波尔兹曼方法的验证第49-53页
    ·锐利界面内置边界法的验证第53-57页
  ·本章小结第57-61页
第3章 丝线与刚体的相互干扰第61-81页
  ·引言第61-62页
  ·物理问题和数学描述第62-63页
  ·计算结果和讨论第63-79页
    ·G/d的影响第63-65页
    ·Re与G/d的综合作用第65-75页
    ·丝线长度L/d和质量比S的影响第75-77页
    ·下游刚体形状的影响第77-79页
    ·尾迹中刚体的阻力第79页
    ·数值结果的生物学含义第79页
  ·本章小结第79-81页
第4章 三根并行排列丝线的耦合模态第81-117页
  ·引言第81-84页
  ·物理问题和控制方程第84-85页
  ·线性稳定性方程第85-87页
  ·耦合模态第87-99页
    ·单丝模态第87-89页
    ·对称模态第89-90页
    ·反相摆动模态第90-91页
    ·半频摆动模态第91-92页
    ·无理频率摆动模态第92-93页
    ·同相摆动模态第93-95页
    ·不规则摆动模态第95-96页
    ·单丝模态的进一步讨论第96-98页
    ·与两根并行排列丝线的比较第98-99页
  ·流固耦合的流动特征量第99-105页
    ·丝线振幅、频率和阻力第99-102页
    ·丝线的机械能第102-105页
  ·丝线尾迹中的涡结构第105-114页
    ·合并涡结构第107页
    ·对称涡结构第107-109页
    ·不规则涡结构第109-113页
    ·独立涡街结构第113-114页
  ·数值结果的生物学意义第114页
  ·本章小结第114-117页
第5章 均匀来流中三维柔性板摆动的流固耦合研究第117-145页
  ·引言第117-119页
  ·物理问题的描述第119-121页
  ·线性稳定性分析方程推导第121-123页
  ·结果和讨论第123-142页
    ·计算设置第123页
    ·整体稳定性第123-124页
    ·双稳定性第124-127页
    ·不稳定摆动第127-128页
    ·三维大变形摆动第128-131页
    ·稳定性与推广的Squire变换第131-137页
    ·流体-柔性板系统的小扰动能量特性第137-139页
    ·流体-柔性板系统夫稳机理的进一步讨论第139-142页
  ·本章小结第142-145页
第6章 工作总结和研究展望第145-151页
  ·工作总结第145-147页
  ·本文主要创新点第147-148页
  ·研究展望第148-151页
参考文献第151-175页
攻读博士学位期间的研究成果第175-177页
致谢第177页
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