Formowanie śladu wirowego za profilem poruszającym się ruchem harmonicznym prostym

• Autorzy: Kozłowski T. , Kudela H.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca dotyczy badań numerycznych nad powstawaniem siły nośnej i siły napędowej na ruchomych skrzydłach ptaków i owadów. Założono dwuwymiarowy model płynu, a ruch trzepoczący sprowadzono do profilu, który wykonuje ruch harmoniczny prosty. Przyjęto, że takie uproszczenia pozwolą na uchwycenie podstawowych zjawisk decydujących o powstawaniu sił aerodynamicznych na ruchomym profilu. Wykazano całą rodzinę ścieżek wirowych, które sparametryzowano za pomocą bezwymiarowej liczby Strouhala i amplitudy oscylacji. Ścieżki wirowe zestawiono na diagramach. Wyodrębniono strefy parametrów, przy których wytwarzana jest siła oporu, siła przyspieszająca (napędowa) i siła nośna. Wyznaczono także obszar parametrów, w którym pole wirowości wokół profilu jest nieuporządkowane. Występowanie nieuporządkowanego pole wirowego jest charakterystyczne dla wysokich liczb Reynoldsa i wywoływane jest przez zjawisko nagłej erupcji warstwy przyściennej na profilu. Wykazano, że w takim obszarze parametrów wytwarzanie siły nośnej na ruchomym profilu może być niemożliwe.

Słowa kluczowe

PL

ścieżka wirowa; siła napędowa; siła nośna; ruch trzepoczący

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Zeszyty Energetyczne
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 1
• Strony: 55--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kozłowski T.

• Zakład Numerycznego Modelowania Przepływów, Instytut Inżynierii Chemicznej, Procesowej i Maszyn Energetycznych, Politechnika Wrocławska

autor

Kudela H.

• Zakład Numerycznego Modelowania Przepływów, Instytut Inżynierii Chemicznej, Procesowej i Maszyn Energetycznych, Politechnika Wrocławska

Bibliografia

• [1] Anderson CH., R., Reider M., B.: A High Order Explicit Method for the Computation of Flow about a Circular Cylinder, J. Comp. Phys., 125, 1996.
• [2] Anderson J., M., Streitlien K., Barret D., S., Triantafyllou M., S.: Oscillating foils of high propulsive efficiency, J. Fluid. Mech, 360, 1998.
• [3] Becerra Sagredo: Moment conserving Cardinal Splines Interpolation of Compact Support for Arbitrarily Spaced Data, Research Report No.-10 Zurich Switzerland, 2003.
• [4] Cebeci T., Platzer M., Chen H., Chang K-H, Shao J. P.: Analysis of Low-Speed Unsteady Airfoil Flows, Springer, 2005.
• [5] Cottet G-H., Koumoutsakos P.: Vortex Methods Theory and Practice, Cambridge University Press, Cambridge, 2000.
• [6] Doligalski T., L., Smith C., R., Walker J., D., A.: Vortex Interactions with Walls, Annu. Rev. of Fluid Mech., 26,1994.
• [7] Godoy-Diana R., Aider J-L., Wesfreid J., E.: Transitions in the wake of a flapping foil Physical Review E, 77, 2008.
• [8] Godoy-Diana R., Marais C., Aider J-L., Wesfreid J., E.: Model for the symmetry breaking of the reverse Benardvon Karman vortex street produced by flapping foil J. Fluid Mech., 622, 2009.
• [9] Gustafson K., E., Leben R., Freymuth P.: Visualization and computation of hovering mode, Vortex methods and vortex motion, 1991.
• [10] Jones K., D., Dohring C., M., Platzer M., F.: Wake Structures Behind Plunging Airfoils: A Comparison of Numerical and Experimental Results, AIAA, 1996.
• [11] Koumoutsakos P., Leonard A., Pepin F.: Boundary conditions for Viscous Vortex Methods, J. Comp. Phys., 113, 1994.
• [12] Koumoutsakos P., Leonard A.: High-resolution simulations of flow around an impulsively started cylinder using vortex method, J. Fluid Mech., 296, 1995.
• [13] Kudela H., Kozlowski T.: Vortex in cell method for exterior problems, J. Theor. Appl. Mech., 47, 2009.
• [14] Kudela H., Malecha Z., M.,: Eruption of a boundary layer induced by a 2D vortex patch, Fluid Dyn. Res., 41, 2009.
• [15] Lentink D., Muijres F., T., Donker-Duyvis F., J., van Leeuwen J., L.: Vortex-wake interactions of a flapping foil that models animal swimming and flight, J. Exp. Biol., 211, 2008.
• [16] Lewin G., C., Haj-Hariri H.: Modelling thrust generation of a two-dimensional heaving airfoil in a viscous flow, J. Fluid. Mech., 492, 2003.
• [17] Müller U., K., Van den Boogaart J., G., M., Van Leeuwen J., L.: Flow patterns of larval fish: undulatory swimming in the intermediate flow regime, J. Exp. Biol. 211, 2008.
• [18] Peskin Ch., S., Miller L., A.: When vortices stick: an aerodynamic transition in tiny insect flight, J. Exp. Biol., 207, 2004.
• [19] Platzer M. F., Jones K. D.: The Unsteady Aerodynamics of Flapping-Foil Propellers, 9th International Symposium on Unsteady Aerodynamics, Aeroacoustics and Aeroelasticity of Turbomachines, Ecole Centrale de Lyon, Lyon, France, 2000.
• [20] Ponta F., L., Aref H.: Numerical experiments on vortex shedding from an oscillating cylinder, J. Fluids and Struct., 22, 2006.
• [21] Sane S., P.: The aerodynamics of insect flight, J. Exp. Biol. 206, 2003.
• [22] Schnipper T., Andersen A., Bohr T.: Vortex wakes of a flapping foil J. Fluid Mech., 633, 2009.
• [23] Shelley M., J., Alben S.: Coherent locomotion as an attracting state for a free flapping body PNAS, 102, 2005.
• [24] Shyy W., Lian Y., Tang J., Viieru D., Liu H.: Aerodynamics of Low Reynolds Number Flyers Dover Publications, Dover Publications, Cambridge University Press, 2008.
• [25] Taylor G., K.: Flying and swimming animals cruise at a Strouhal number tuned for high power efficiency, Nature, 425, 2003.
• [26] Thomas J., W.: Numerical Partial Differential Equations: Finite Difference Methods, Springer, 1995.
• [27] Wang Z., J.: Efficient Implementation of the Exact Numerical Far field Boundary Condition for Poisson Equation on an Infinite Domain, J. Comp. Phys. 153, 1999.
• [28] Wang Z., J.: The role of drag in insect hovering J. Exp. Biol., 207, 2004.
• [29] Wang, Z. J., Birch, J. M., Dickinson, M. H.: Unsteady forces and flows in low Reynolds number hovering flight: two-dimensional computations vs robotic wing experiments, J. Exp. Biol., Vol. 207, 2007.
• [30] Wang Z., J.: Vortex shedding and frequency selection in flapping flight, J. Fluid Mech., 410, 2000.
• [31] Weinan E., Jian-Guo Liu: Vorticity Boundary conditions and Related Issues for Finite Difference schemes, J. Comp. Phys. 124, 66, 1996.
• [32] Wu J. C.: Theory for aerodynamics force and moment in viscous flows AIAA, 19, 1981.
• [33] Wu J. Z., Ma H.Y., Zhou M.D.: Vorticity and Vortex Dynamics, Springer, 2005.