一种质量-弹簧流固耦合求解器：在柔性旋转机翼中的应用
流体动力学
2020-02-21 v1
摘要
扑翼昆虫卓越飞行能力的奥秘在于其翅膀，后者常被近似为平坦的刚性板。然而真实的翅膀是精细的结构，由翅脉与膜组成，并可能发生显著变形。本工作中，我们对这类可变形翅膀进行了详细的数值模拟。我们的结果由一种流固耦合求解器获得，该求解器将柔性机翼的质量-弹簧模型与求解不可压缩 Navier-Stokes 方程的伪谱代码相耦合。我们通过体积惩罚法施加无滑移边界条件；时变复杂几何由此完全由一个掩模函数描述。这使得流体控制方程可在规则笛卡尔网格上求解。我们面向大规模并行计算机的实现允许我们进行高达 5 亿网格点的高分辨率计算。质量-弹簧模型采用函数化方法，从而建模翅膀翅脉与膜的不同力学行为。我们在雷诺数 Re = 1800 下对柔性熊蜂旋转机翼进行了一系列数值模拟。为评估机翼柔性对空气动力学的影响，我们改变弹性参数并研究刚性、柔性与高度柔性机翼模型。代码验证通过计算经典基准算例完成。
引用
@article{arxiv.2002.08642,
title = {A mass-spring fluid-structure interaction solver: Application to flexible revolving wings},
author = {Hung Truong and Thomas Engels and Dmitry Kolomenskiy and Kai Schneider},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.08642},
year = {2020}
}
备注
PDF file with 18 pages, 22 figures and 3 tables