中等雷诺数下流动激励的膜失稳
流体动力学
2023-06-22 v4
摘要
本文研究中等雷诺数下浸入非定常分离流中的三维（3D）柔性膜的流固耦合（FSI）。我们采用基于近期发展的将湍流流体与非线性结构动力学耦合的分区迭代格式、贴合物体的变分 FSI 求解器。特别关注理解三维柔性膜作为无量纲质量比、雷诺数与气动弹性数的函数的流动激励失稳。在广泛参数范围内，我们考察了流-膜相互作用的两种截然不同的稳定状态：变形稳态（DSS）与动态平衡态（DBS）。我们提出稳定性相图，以在质量比-雷诺数以及质量比-气动弹性数的参数空间中划分 DSS 与 DBS 区域。基于气动弹性模态分析，我们观察到涡脱落频率与膜振动频率之间的频率同步，其在动态平衡态中导致自持振动。为刻画频率锁定的起源，我们通过考虑附加质量效应并采用简支矩形膜的大挠度理论，推导了非线性固有频率的近似解析公式。通过我们系统的高保真数值研究，发现膜振动的起始与模态转捩依赖于张紧膜固有频率与涡脱落频率或其谐波之间的频率锁定。这些关于膜流致失稳的发现，对基于膜翼的无人系统与无人机控制策略的设计与开发具有启示意义。
引用
@article{arxiv.2011.11422,
title = {Flow-excited membrane instability at moderate Reynolds numbers},
author = {Guojun Li and Rajeev Kumar Jaiman and Boo Cheong Khoo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.11422},
year = {2023}
}
备注
arXiv admin note: text overlap with arXiv:2006.13467