粗糙度对自推进游动板效应的系统研究
摘要：表面地形对自行游动体流动和性能的影响 摘要：这项研究考察了地形对自行游动体流动和性能的影响。我们考虑了一个具有蛋格纹理的薄平板，在给定的摆动游泳运动学条件下，斯特劳哈尔数为0.3，尾部振幅与长度比为0.1；我们使用了雷诺数分别为6、12和24万的平板，并重点研究了雷诺数为12000的情况。随着地形波长的减小，我们发现为了克服地形的额外阻力并保持自行游动，必须增加摆动波速。相应地，额外的波速增加了维持自行游动所需的功率，降低了游动体的效率。为了将地形与运动学解耦，我们将粗糙平板与等效的光滑情况进行比较，以匹配运动学条件。我们发现，除了最长的地形波长外，其他地形波长减小了所需的游泳功率和力的非稳定振幅，与进行相同运动学的光滑平板相比降低了这些参数。此外，地形可以将流动漩涡量增加高达116％，而不会伴随力的急剧增长；这表明增加的混合不是由于墙壁处涡度的增加。相反，这项研究发现，当地形波长约为边界层厚度的两倍时，漩涡量会显著增加，在雷诺数范围内延伸至边界层的边缘，表明地形诱导了大尺度的次要流动结构。这项研究揭示了地形与运动学之间的非线性相互作用，超出了阻力的简单增加或减少，说明地形研究在静止形体上的结果并不能直接应用于非稳定的游泳体上。
作者：Jonathan Massey, Bharathram Ganapathisubramani, Gabriel Weymouth
论文ID：2211.11597
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-07-10