大變形柔性體與流體相互作用的數(shù)值模擬.pdf

1、本文主要采用內(nèi)置邊界法(ImmersedBoundaryMethod，IBM)對(duì)大變形的柔性體與流體相互作用進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，包括中等Reynolds數(shù)均勻來(lái)流中細(xì)絲的被動(dòng)擺動(dòng)問(wèn)題和精子低Reynolds數(shù)主動(dòng)游動(dòng)問(wèn)題。
　　 （一）對(duì)于被動(dòng)擺動(dòng)問(wèn)題，將細(xì)絲簡(jiǎn)化為一端固定一端自由的不可伸長(zhǎng)的歐拉梁，著重考查了前人研究中由靜止模態(tài)向周期的擺動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程中出現(xiàn)的雙穩(wěn)態(tài)區(qū)域。在重現(xiàn)了前人結(jié)果的基礎(chǔ)上，引入不同的初始偏轉(zhuǎn)角來(lái)量化初始

2、擾動(dòng)，首次發(fā)現(xiàn)了在不同的初始擾動(dòng)的情況下細(xì)絲在該區(qū)域呈現(xiàn)出三穩(wěn)態(tài)甚至是多穩(wěn)態(tài)的現(xiàn)象，將新出現(xiàn)的穩(wěn)定模態(tài)命名為亞擺動(dòng)模態(tài)，并詳細(xì)探討了這些模態(tài)與初始偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系。從細(xì)絲擺動(dòng)頻率、振型、包絡(luò)線和流場(chǎng)尾跡速度型、渦量及流場(chǎng)POD分析等，進(jìn)一步研究亞擺動(dòng)模態(tài)和擺動(dòng)模態(tài)的異同。
　　 結(jié)果表明，細(xì)絲擺動(dòng)系統(tǒng)存在著兩種不同的效應(yīng):繞流效應(yīng)和擺動(dòng)效應(yīng)。在亞擺動(dòng)模態(tài)下，細(xì)絲的振幅較小，擺動(dòng)效應(yīng)不明顯，系統(tǒng)為繞流效應(yīng)所主導(dǎo)，流場(chǎng)特征非常接近于圓柱

3、繞流;擺動(dòng)模態(tài)下，細(xì)絲的振幅較大，擺動(dòng)效應(yīng)明顯增強(qiáng)，流場(chǎng)為繞流效應(yīng)和擺動(dòng)效應(yīng)共同主導(dǎo)。
　　 （二）對(duì)于精子游動(dòng)問(wèn)題，將模型運(yùn)動(dòng)分解為鞭毛的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)和整體的自由游動(dòng)，著重研究壁面波動(dòng)變形對(duì)精子游動(dòng)速度的影響。在固定壁面的波長(zhǎng)和頻率時(shí)，精子游動(dòng)的速度隨著壁面的振幅增加而增加，且當(dāng)振幅相對(duì)較大時(shí)，二者呈線性關(guān)系。在固定壁面振幅和頻率時(shí)，精子的游動(dòng)速度隨著波長(zhǎng)的增加總體上呈先增后減最后穩(wěn)定的趨勢(shì)，并在一些特定的波長(zhǎng)下有額外的速度增加或