非均匀流场中柔性体与流体耦合运动的数值模拟研究

自然界中的旗帜飘扬、鱼游鸟飞等现象都是柔性体与流体相互作用的过程。水利工程中植被河道的泄流、柔性护坡的运用、钢筋笼和拦污栅等水中工事的稳定性等问题也都可以简化成柔性体在水中的耦合模型来研究。从学术角度来讲，这是一个同时涉及多方面知识的交叉学科问题，具有重要的学术价值和较大的研究难度。.近年来国内外对均匀流场中柔性体流固耦合问题的研究逐步取得进展。考虑到现实流场复杂多变，本项目拟针对非均匀流场中的柔性体流固耦合问题，通过数值模拟进行系列研究，分析各影响参数对流场中柔性体运动和受力以及流场结构的控制机理。研究内容包括：1.钝体绕流产生的卡门涡街流场中的柔性体运动；2. 平面薄板附近非均匀流场中的柔性体运动。.本项目的成果将有助于凝练流固耦合研究方法，深入理解柔性体与运动流体的流固耦合机制，为人类认识自然和工程国防应用提供理论基础，为解决相关实际问题提供技术支持。

运动流体中柔性体的流固耦合运动问题在自然现象、工程科技等方面都有广泛的应用背景。从学术角度来讲，这是一个同时涉及流体动力学、材料力学、结构动力学，计算力学和试验力学等多方面知识的交叉学科问题，具有重要的学术价值和较大的研究难度。.近年来国内外对均匀流场中柔性体流固耦合问题的研究逐步取得进展。考虑到现实流场复杂多变，本项目针对非均匀流场中的柔性体流固耦合问题开展专门研究。通过开发流固耦合算法，对涡街中的柔性体运动以及刚性平板附近流场中的柔性体运动进行了系列数值模拟研究，分析了排列方式、排列间距、流场参数等影响因子对流场中柔性体运动和受力的作用规律。研究结果表明，涡街中的柔性体做与涡街频率相同的周期性摆动，且其摆动与涡街运动存在固定相位差，该相位差与柔性体在卡门涡街中的位置相关。当柔性体摆动与涡街运动的相位相同时，柔性体摆动的振幅和所受平均阻力均达到最大。对刚性平板附近流场中的柔性体流固耦合运动的研究结果表明，本项目计算参数范围内，运动流体中平板影响下的柔性体流固耦合运动主要由二者之间的流向排列间距决定，侧向距离的增加会减弱柔性体受到的影响，使得柔性体的运动偏向于单独存在于相同流场中的运动状态。.本项目的研究成果为流固耦合问题的研究提供了一套有效的数值模拟方法，相关成果有助于深入理解柔性体与运动流体的流固耦合机制，为人类认识自然和工程国防应用提供理论基础，为解决相关实际问题提供技术支持。