波动游动者的流动转捩与映射
流体动力学
2020-07-01 v1
摘要
自然游动者通常借助波动来推进自身并完成一系列机动动作。这包括从微型生物到大型鱼类的多种生物物种，它们以典型运动学模式波动。本文中，我们考虑鳗形与鲹形游动模式，利用基于浸没边界法的计算求解器在不同雷诺数区间进行数值模拟。我们以波长和斯特劳哈尔频率为波动游动者水动力性能的支配参数开展深入研究。我们的分析表明，鳗形运动学在黏性流区实现更好的水动力效率，而对于较高雷诺数的流动，波状运动的波长决定了何种运动学更优。我们发现，身体前段产生的涡与后段存在的共旋涡之间的相长干涉，在反转贝纳尔-冯·卡门涡街方向中起着重要作用。由于大多数产生推力的条件似乎会引起尾流偏转——这是导致游动者水动力效率下降的关键因素，我们讨论了引发该现象的内在力学机制。我们论证，自然游动者因其形态结构所限，其运动学与流动条件的选择可能受限，但我们的发现为仿生水下航行器对此类条件的选取提供了指导。
引用
@article{arxiv.1912.09646,
title = {Flow Transitions and Mapping for Undulating Swimmers},
author = {Muhammad Saif Ullah Khalid and Junshi Wang and Haibo Dong and Moubin Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.09646},
year = {2020}
}
备注
26 pages