流场中柔性体气动效能和尾迹涡结构的数值研究

摘要

流固耦合是流场力使得固体发生变形和运动，同时，固体的变形或运动又会对流场产生影响，从而使得流场作用力的分布和大小发生改变，产生复杂、多变的流固耦合现象，这些复杂、多变的流固耦合现象在自然界和工程应用中广泛存。因此，研究柔性体耦合运动的数值模拟，可以进一步有效分析探讨自然界中耦合现象，同时，也为流固耦合的数值、理论分析研究方法提供理论基础和技术支持。主要研究内容如下：
　　1.本课题组应运FORTRAN语言完成了浸入边界法程序的编写、验证和应用程序模拟等多个流固耦合问题的工作。在此基础之上，针对本文所涉及的流固耦合问题，添加了相应程序模块，以及相关应用、总结等工作。
　　2.在均匀流场中，研究柔性体摆动尾迹区域模态的问题。随着雷诺数的增大，尾迹区域出现卡门涡街逐渐向更复杂涡街转换的规律。在同一抗弯刚度时，柔性体的尾迹呈现小强度的卡门涡街、无规律的混沌过渡状态和大强度的卡门涡街三种模态；当抗弯强度减小时，三模态之间的转化时间缩短并且尾迹涡强度增大。
　　3.研究了柔性翼拍动时的尾迹涡结构和推进效能两方面的问题。随雷诺数增大，靠近尾迹的涡间距由小到大扩大，同时，远离尾迹的涡耗散速度由慢到快并且向下游移动；随着拍动振幅增大，靠近柔性翼后缘的涡强度由小变大；远离柔性翼后缘涡由规律涡街向下游移动变化为更为复杂的涡街倾斜向下游移动；随着频率比增大，同一刚度对应的推力系数、功率系数和推进效率系数对应的峰值并非同时出现，并且三条曲线均呈现由小增大至峰值，再由峰值减小的规律。
　　4.探讨了不同间距参数对D型柱与柔性体相互作用的影响。水平间距G的增大，阻碍尾部区域涡街的形成，D型柱的阻力系数呈现由小到大的变化；垂直间距 H的增大，有助于尾部区域涡街的形成，D型柱的阻力系数也呈现逐渐减小的规律。
　　本文希望通过单个柔性体在流场作用下的变形运动、柔性翼尾迹涡结构和推进效能以及D型柱后柔性体气动效能三个问题的数值模拟研究，总结出涡结构、推进效率、气动效能三方面相关的一些规律，为今后这方面的相关研究，提理论供参考依据。

目录

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目录

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2研究内容和预期结果

1.3 论文结构安排

第2章 数值方法与控制方程

2.1 引言

2.2浸入边界法

2.3数值方法验证

2.4 本章小结

第3章 流场中柔性体摆动尾迹模态分析

3.1 引言

3.2数学模型

3.3柔性体的惯性力的离散

3.4 计算结果和讨论

3.5 本章小结

第4章 柔性翼的尾迹涡结构及推进效能的研究

4.1引言

4.2柔性翼的数学模型

4.3推力系数、功率系数、推力效率系数公式

4.4 数值模拟结果与讨论

4.5 本章小结

第5章 D型柱后柔性体的气动效能分析

5.1 引言

5.2 数学模型

5.3 数模拟结果与讨论

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 未来研究展望

参考文献

论文的发表及科研情况

参加科研项目

发表论文

致谢

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