刚性胸鳍水动力性能计算：FLUENT软件二次开发研究

"该研究分析了非定常流场中机械胸鳍的水动力性能，通过建立二自由度和三自由度的运动模型，并利用FLUENT软件进行计算流体力学(CFD)模拟，结合动网格技术和RNG k-ε湍流模型，探讨了刚性胸鳍在粘性流场中的表现。为了处理高雷诺数下的数值稳定性问题，采用了QUICK迎风格式。通过对比数值计算与物理实验的结果，验证了该方法的有效性。" 这篇论文详细探讨了机械胸鳍在非定常流场中的水动力性能，主要关注点在于如何通过计算流体力学工具来准确模拟这种复杂的流体动力现象。首先，作者们为刚性胸鳍构建了二自由度和三自由度的运动模型，这两种模型旨在模拟胸鳍在水中可能的各种运动状态，为后续的流体动力学分析提供了基础。 接着，研究人员选择了商业软件FLUENT作为计算平台，该软件是基于雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方程的，可以有效地处理流体流动问题。为了适应胸鳍在流场中的动态变化，他们采用了动网格技术，允许网格随着胸鳍的运动而实时调整，从而更精确地捕捉流场的细节。 在处理湍流方面，研究中使用了RNG k-ε模型，这是一种常见的湍流模型，适用于充分发展的湍流情况。对于靠近壁面的流动，壁面函数法被应用，它可以简化近壁区的计算，同时保持计算的精度。 在数值模拟的稳定性方面，面对高雷诺数带来的挑战，研究者采用了QUICK（Quadratic Upstream Interpolation for Convective Kinematics）迎风格式。这种格式能够提高数值模拟在处理速度梯度较大时的稳定性，从而得到更可靠的计算结果。 最后，通过对比数值计算结果与物理实验数据，研究团队证实了使用FLUENT软件和上述方法来解决这个问题的可行性。这表明，他们的方法能够在理论和实验之间建立起有效的桥梁，为设计和优化水下机器人的胸鳍提供有力的理论支持。 关键词涉及的领域包括胸鳍的设计与分析、FLUENT软件的应用、动态网格技术、水动力性能评估、运动模型以及RNG k-ε湍流模型，这些都是水下机器人技术和流体力学研究的重要组成部分。这篇论文对于理解和改进水下机器人的推进系统，尤其是胸鳍的设计，具有重要的科学价值和实践意义。