对三维不稳定的流动在低雷诺兹数的生物灵感波纹无限翼上的跨度效应进行数值研究
Almajd Alhinai1, Torsten Schenkel1
1School of Engineering and Built Environment, Sheffield Hallam University, Howard Street, Sheffield S1 1WB, UK.
波纹昆虫翅膀在低雷诺兹数下表现出复杂的流动行为. 虽然没有改善稳定的滑翔,但波纹可以延迟流量分离,模仿仿真飞行的生物模拟设计.
科学领域:
- 流体动力学 流体动力学
- 空气动力学 航空动力学
- 生物模拟学是一种生物模拟学.
背景情况:
- 昆虫的翅膀具有波纹,影响了空气动力学.
- 了解低雷诺兹数 (Re) 的流动行为对于仿生设计至关重要.
- 之前的研究缺乏对波纹翼的 spanwise 影响的全面分析.
研究的目的:
- 通过计算分析波纹翼上的三维 (3D) 空气流.
- 为了研究一系列雷诺兹数 (1010,000) 和攻击角度 (-5°到20°) 的流动行为.
- 为了确定跨度效应的影响,并识别流动模式转换.
主要方法:
- 采用了3D计算流体动力学 (CFD) 分析.
- 通过扩展验证和验证来确保数值可靠性.
- 检查的流量特征包括稳定流量,循环回收区和流.
主要成果:
- 在低R,流量是稳定的和2D与循环回收区.
- 增加Re或攻击角度导致周期性流和3D结构.
- 波纹在稳定滑翔中不会提高起重与拖拉的比率,但在过渡制度中会延迟分离.
- 在Re=10,000的周期性脱落表明模糊的身体类似的行为.
结论:
- 波纹翅膀表现出复杂的流动力学,从2D转变为3D行为,增加Re和攻击角度.
- 跨度流动结构是重要的,在某些流动模式中挑战2D假设.
- 这些发现为昆虫翅膀空气动力学提供了洞察力,并为提高飞行性能的仿生设计提供了信息.
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