Анализ давления и работы нестационарных, деформируемых, осесимметричных, струйно образующих полостных тел
Факультет машиностроения и аэрокосмической техники, Университет Флориды, Гейнсвилл, Флорида 32611, США Факультет электротехники и вычислительной техники, Университет Флориды, Гейнсвилл, Флорида 32611, США Институт сетевых автономных систем, Университет Флориды, Гейнсвилл, Флорида 32611, США
† Университет Флориды, а/я 116250, Гейнсвилл, Флорида 32611, США. Электронный адрес для переписки: mohseni@ufl.edu
Абстрактные
В этой работе излагается методология расчета распределения давления внутри общего деформируемого осесимметричного тела с областью внутренней полости, деформация которой вытесняет/поглощает ограниченные струи воды. Эта работа частично мотивирована желанием смоделировать мгновенные струйные силы и общую работу, необходимую для передвижения медуз и головоногих моллюсков, которые можно рассчитать по распределению внутреннего давления. Но вывод неспецифичен и может быть применен к любому осесимметричному деформируемому телу (органическому или синтетическому), приводящему жидкость во внутреннюю полость или из нее. Распределение давления по внутренней поверхности получается путем интегрирования уравнения количества движения по стратегическому пути, приравнивания местного поверхностного давления к известным величинам, таким как давление торможения, и сопоставления неизвестных членов с общей циркуляцией характерных областей. Путь интегрирования построен таким образом, чтобы использовать преимущества условий симметрии, присущей безвихревости и заданных граничных условий. Полезность/новизна этого подхода заключается в том, что циркуляция является инвариантом движения для невязких течений, что позволяет моделировать его серией завихренных потоков и источников. В этом исследовании мы также классифицируем различные источники циркуляции в общей системе полость-струя, обеспечивая моделирование для каждого из этих условий относительно известных параметров деформации полости. Благодаря этому подходу мы можем изолировать влияние различных режимов деформации на каждый из этих компонентов циркуляции и, следовательно, на распределение внутреннего давления. Был разработан и испытан легко адаптируемый прозрачный прототип струйного привода для измерения циркуляции в полости и окружающей жидкости, а также динамических сил, действующих на устройство во время работы. Циркуляция как в области струи, так и в полости хорошо согласуется с моделью невязкой жидкости, за исключением конца фазы пополнения, когда циркуляция теряется из-за вязкой диссипации. Суммарные мгновенные силы, создаваемые во время срабатывания, точно моделируются анализом давления во время фаз выталкивания и наполнения цикла промывки для нескольких программ деформации. Независимо от конечной цели, такой как движение, смешивание, подача и т. д., эффективность процесса всегда будет обратно пропорциональна общей энергии, необходимой для приведения в действие системы. Таким образом, при постоянной производительности эффективность максимизируется за счет минимальной необходимой энергии. Здесь наблюдается (несколько парадоксально), что как для впрыскивания, так и для повторного наполнения общая работа, необходимая для управления жидкостью, ниже для импульсивных программ скорости с быстрыми ускорениями в начале и в конце движения, чем программы синусоидальной скорости с более плавными постепенными ускорениями.
Классификация СУЛ
Варианты доступа
Получите доступ к полной версии этого контента, используя один из вариантов доступа ниже. (Параметры входа будут проверять наличие институционального или личного доступа. Если у вас нет доступа, может потребоваться покупка контента.)
Рекомендации
Амитай, М., Смит, Б.Л. и Глезер, А. 1998 Аэродинамическое управление потоком с использованием технологии синтетических струй. В 36-я встреча и выставка аэрокосмических наук. Бумага АИАА. 98-0208. Google Scholar
Андерсон, Э.Дж. и ДеМонт, Э. 2000. Механика передвижения кальмара. Лолиго пеалей: двигательная функция и нестационарная гидродинамика струи и внутримантийного давления . J. Expl Biol. 203 , 2851 – 2863 .Google ScholarPubMed
Андерсон, Э.Дж. и Грозенбо, Массачусетс, 2005 Струйное течение у плавающих взрослых кальмаров. J. Expl Biol. 208 , 1125 – 1146 .CrossRefGoogle ScholarPubMed
Бартол, И. К., Крюгер, П. С., Стюарт, В. Дж. и Томпсон, Дж. Т. 2009. Гидродинамика импульсных струй у молодых и взрослых коротконогих кальмаров. Lolliguncula короткая: свидетельство существования нескольких «режимов» реактивной струи и их влияния на двигательную эффективность. J. Expl Biol. 212 , 1189 – 1903 .Google ScholarPubMed
Бартол, И. К., Крюгер, П. С., Томпсон, Дж. Т. и Стюарт, В. Дж. 2008. Динамика плавания и двигательная активность кальмаров на протяжении всего онтогенеза. интегр. Сравнить биол. 48 ( 6 ), 1 – 14 .CrossRefGoogle ScholarPubMed
Didden, N. 1979 О формировании вихревых колец: свертывание и производство циркуляции. З. Энгью. мех. физ. 30 , 101 – 116 .CrossRefGoogle Scholar
Галлас, К., Холман, Р., Нисида, Т., Кэрролл, Б., Шеплак, М. и Каттафеста, Л. 2003 Моделирование сосредоточенных элементов синтетических реактивных приводов с пьезоэлектрическим приводом. AIAA J. 41 ( 2 ), 240–247 .CrossRefGoogle Scholar
Гилли В.Ф., Маркайда У., Бакстер С.Х., Блок Б.А., Бустани А., Зейдберг Л., Райзенбихлер К., Робисон Б., Баззино Г. и Салинас С. 2006 Вертикальное и горизонтальное миграции гигантского кальмара Досидикус гигас выявляется с помощью электронной маркировки. Мар. Экол. прог. сер. 324 , 1–17 .CrossRefGoogle Scholar
Глезер, А. и Амитай, М. 2002 Синтетические струи. Анну. Преподобный Жидкостный Мех. 34 , 503 – 529 .CrossRefGoogle Scholar
Гельмгольц, Х. 1867 г. Об интегралах гидродинамических уравнений, выражающих вихревое движение. Фил. Маг. 4, 485 – 512. Google Scholar
Холман, Р., Уттуркар, Ю., Миттал, Р., Смит, Б.Л. и Каттафеста, Л. 2005 Критерий формирования синтетических струй. AIAA J. 43 ( 10 ), 2110–2116 .CrossRefGoogle Scholar
Джонсон, В., Соден, П.Д. и Труман, Э.Р. 1972 Исследование реактивного движения: анализ движения кальмара, Лолиго волгарис . J. Expl Biol. 56, 155 – 165. Google Scholar
Каден, Х. 1931 Aufwicklung einer unstabilen Unstetigkeitsfläche. Инж.-арх. 79, 93 – 112. Google Scholar
Кирби, BJ 2010 Микро- и наномасштабная механика жидкости: транспорт в микрофлюидных устройствах. Издательство Кембриджского университета .CrossRefGoogle Scholar
Криг, М., Кляйн, П., Ходжкинсон, Р. и Мохсени, К. 2011 Подводное транспортное средство гибридного класса: биодвигатель, встроенная система, акустическая система связи и локализации. Мар Технол. соц. Дж. Спец. Эд. Биомиметика Mar. Technol. 45 ( 4 ), 153 – 164 .CrossRefGoogle Scholar
Криг, М. и Мохсени, К. 2008 г. Определение характеристик тяги генераторов пульсирующего вихревого кольца для передвижения подводных роботов. IEEE Дж. Оушен. Engng 33 ( 2 ), 123 – 132 .CrossRefGoogle Scholar
Криг, М. и Мохсени, К. 2013 Моделирование циркуляции, импульса и кинетической энергии стартовых струй с ненулевой радиальной скоростью. Дж. Жидкостная механика. 719 , 488 – 526 .CrossRefGoogle Scholar
Крюгер, П.С. 2005 Поправка на избыточное давление к модели пробки для циркуляции вихревого кольца. Дж. Жидкостная механика. 545 , 427 – 443 .CrossRefGoogle Scholar
Крюгер, П., Дабири, Дж. и Гариб, М. 2006 Формирование количества вихревых колец, образующихся в однородном фоновом спутном потоке. Дж. Жидкостная механика. 556 ( 1 ), 147 – 166 .CrossRefGoogle Scholar
