基于浸没边界法的壁面凸起对仿生鱼游动影响的研究

流体流经壁面凸起后在壁面凸起的后方产生周期性脱落的尾涡,尾涡内流场复杂。当尾涡继续流动流经游动中的仿生鱼时,仿生鱼的水动力系数也随之发生剧烈变化。基于多重直接力浸没边界法,结合狄拉克函数,通过求解不可压缩Navier-Stokes(N-S)无量纲方程,对低雷诺数情况下的仿生鱼游动过程进行无量纲化数值模拟研究。为了验证算法和自主开发程序的准确性,对圆柱绕流和NACA0012外形鱼体游动流场进行了验证算例计算,计算结果与文献结果吻合较好,验证了算法和程序的有效性。在此基础上,研究固壁半圆形凸起对仿生鱼游动水动力系数的影响,计算结果表明:当仿生鱼距壁面较近时(d=0.25L),仿生鱼受到远离壁面方向的侧向力和顺时针方向力矩;当仿生鱼距壁面较远时(d=1.25L),仿生鱼受到指向壁面的侧向力和逆时针方向力矩。总体而言,壁面凸起使得仿生鱼更容易在与壁面有一定距离的高度区间内游动,壁面凸起对仿生鱼游动起到了一定减阻作用。