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基于粒子图像测速的二维仿水母扑翼涡动力学研究

王媛媛 王成跃 莽珊珊 沈煜年 陈志华

王媛媛, 王成跃, 莽珊珊, 等. 基于粒子图像测速的二维仿水母扑翼涡动力学研究[J]. 实验流体力学, doi: 10.11729/syltlx20230080
引用本文: 王媛媛, 王成跃, 莽珊珊, 等. 基于粒子图像测速的二维仿水母扑翼涡动力学研究[J]. 实验流体力学, doi: 10.11729/syltlx20230080
WANG Y Y, WANG C Y, MANG S S, et al. Research on the vortex dynamics of two-dimensional jellyfish-like flapping wings based on particle image velocimetry[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, doi: 10.11729/syltlx20230080
Citation: WANG Y Y, WANG C Y, MANG S S, et al. Research on the vortex dynamics of two-dimensional jellyfish-like flapping wings based on particle image velocimetry[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, doi: 10.11729/syltlx20230080

基于粒子图像测速的二维仿水母扑翼涡动力学研究

doi: 10.11729/syltlx20230080
基金项目: 国家自然科学基金项目(12272183)
详细信息
    作者简介:

    王媛媛:(1999—),女,河北衡水人,硕士研究生。研究方向:实验流体力学。E-mail:3080708542@qq.com

    通讯作者:

    E-mail:wangchengyue@njust.edu.cn.

  • 中图分类号: O351.3;O368

Research on the vortex dynamics of two-dimensional jellyfish-like flapping wings based on particle image velocimetry

  • 摘要: 仿水母扑翼飞行器是一种新型的微型飞行器构型,具有噪声小、灵活机动等特点。本文以定轴往复转动的一对二维平板作为仿水母扑翼的简化模型,采用时间解析的粒子图像测速技术测量了静水中二维扑翼的扰动流场。通过控制舵机改变扑翼拍动周期和拍动角度幅值,研究了扑翼运动参数对流场旋涡特性和演化规律的影响;采用相位平均和环量追踪技术,分析了旋涡生成、脱落及相互作用的演化过程;从涡动力学角度解释了推力形成机理。研究结果对仿水母扑翼飞行器设计具有一定参考意义。
  • 图  1  实验装置示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of the experimental setup

    图  2  扑翼横截面示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of the cross-section of the flapping wings

    图  3  基准工况下的时均流场

    Figure  3.  The time-averaged flow field from the standard configuration

    图  4  不同工况下$ \stackrel{-}{v} $沿水平方向的变化

    Figure  4.  $ \stackrel{-}{v} $ varying along one horizontal line from different configurations

    图  5  基准工况的相位平均涡量云图与速度矢量图

    Figure  5.  Contour maps of the phase-averaged vorticity overlaid by velocity vectors from the standard configuration

    图  6  环量追踪结果

    Figure  6.  Circulation tracking results

    图  7  不同时间不对称系数下的旋涡运动轨迹

    Figure  7.  Vortex trajectories corresponding to different asymmetric coefficients

    图  8  不同拍动周期的旋涡运动轨迹

    Figure  8.  Vortex trajectories corresponding to different flapping periods

    图  9  不同拍动角度的旋涡运动轨迹

    Figure  9.  Vortex trajectories corresponding to different flapping angle amplitudes

    表  1  实验工况表

    Table  1.   The collection of parameters for different experimental configurations

    工况序号 工况名称 雷诺数
    Re
    时间不对称
    系数R
    运动周期
    T/s
    拍动角度
    A/(°)
    采样频率
    f/Hz
    记录时长中包含的
    扑翼拍动周期 × 组数
    1 A90–T4–R2 2206 2.0 4 90 50 8 × 2
    2 A90–T4–R1 2206 1.0 4 90 50 8 × 2
    3 A90–T8–R2 1103 2.0 8 90 50 4 × 2
    4 A60–T4–R2 3309 2.0 4 60 50 8 × 2
    5 A90–T4–R0.5 2206 0.5 4 90 50 8 × 2
    6 A90–T2–R2 4412 2.0 2 90 100 8 × 2
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-06-12
  • 修回日期:  2023-10-19
  • 录用日期:  2023-11-16
  • 网络出版日期:  2024-03-04

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日