基于当地DFD的自推进游动数值模拟

摘要

本文应用当地DFD方法对类鱼体在粘性流体中的自推进游动进行了研究。自推进问题的求解是对不可压流体运动的N-S方程和物体运动的牛顿方程进行的耦合求解。鱼体的变形在当地坐标系下是给定的，而鱼体的质心位置和体轴方向取决于流体作用力（矩）；另一方面，流体作用力（矩）又与鱼体的姿态有关。DFD方法中，空间离散与解域无关，解域内部点上控制方程的离散形式可与解域外部的某些点相关。通过基于无滑移物面边界条件和当地法向动量方程的线性外插，获得解域外部相关点上的流动变量值。应用DFD方法模拟运动边界绕流，网格是固定不变的；无需在每个时间步上进行网格处理以及网格间的数据传递。与传统方法相比，该方法以直接的方式模拟涉及多个大变形、任意运动物体的流动，提高了计算效率和精度。 本文的数值实验包括三个部分：（1）通过经典的圆柱-阻尼系统涡激振动的数值模拟，验证了当地DFD方法应用于流固耦合问题的可靠性；（2）对单个类鱼体的自推进游动进行数值模拟，获得了类鱼体自推进游动的参数和流场特征，并将计算结果与参考文献数据进行比较，进一步验证了当地DFD方法在处理复杂运动边界流固耦合问题时的可靠性；（3）对多个类鱼体自推进游动进行探索性模拟，并给出了合理分析。通过对类鱼体自推进游动的数值模拟，显示了当地DFD方法在处理生物流体动力学问题方面具有巨大的潜力。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章 绪论

第二章 非定常不可压N-S方程的当地DFD方法

第三章 类鱼体的描述模型

第四章 流固耦合求解

第五章 数值实验

第六章 总结与展望

参考文献

致 谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文