[发明专利]一种仿生波动鳍的推进性能数值计算方法

权利要求书

1.一种仿生波动鳍的推进性能数值计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)，建立待计算仿生波动鳍的仿真计算物理模型；

步骤2)，确定仿真计算物理模型外流场范围以及边界条件；对仿真计算物理模型进行网格划分，确定鳍面的初始空间位置，根据鳍面运动方程确定鳍面的初始空间位置，鳍面运动方程如下所示：

其中，参数d和s是鳍面上一点位置的空间坐标，θ_m是波动鳍运动幅值，T是波动鳍运动周期，φ是波动鳍运动相位差，λ是行波波长，无量纲系数r_y和r_z用于调节运动坐标；取时间t＝0s，根据方程可以确定波动鳍初始空间位置；

步骤3)，根据外流场范围以及边界条件建立粗糙网格并进行波动鳍运动初始化，得到粗糙网格仿真计算物理模型；

步骤4)、对粗糙网格仿真计算物理模型进行精细网格划分得到精细网格仿真计算物理模型；

步骤5)，对精细网格仿真计算物理模型进行仿真参数和运动条件设置；

步骤6)、基于步骤5)设置的仿真参数和运动条件参数计算仿生波动鳍推力：选定总计算时间、时间步长和计算迭代次数，采用迭代法进行仿生波动鳍推力计算，得到最终仿生波动鳍推力性能数值。

2.根据权利要求1所述的一种仿生波动鳍的推进性能数值计算方法，其特征在于，确定外流场区域范围指确定波动鳍周围流场范围，采用尺寸大小确定波动鳍周围流场范围；波动鳍流场边界条件指流场前端半圆面设置为速度入口条件，后端平面设置为压力出口条件，周围圆柱面设置为壁面条件。

3.根据权利要求1所述的一种仿生波动鳍的推进性能数值计算方法，其特征在于，对步骤3)得到的粗糙网格仿真计算物理模型进行精细网格划分：将粗糙网格仿真计算物理模型划分为两个计算域，靠近仿生波动鳍模型的网格进行加密，网格类型为四面体网格，设置为一个计算域；远离仿生波动鳍模型的流场，网格类型为六面体网格，设置为另一个计算域；两个计算域通过共节点面连接，精细网格总数不少于200万。

4.根据权利要求1所述的一种仿生波动鳍的推进性能数值计算方法，其特征在于，将步骤4)得到的精细网格仿真计算物理模型导入软件Fluent Meshing中，进行数值求解相关参数设置，采用非定常和压力基的湍流求解器求解流场。

5.根据权利要求4所述的一种仿生波动鳍的推进性能数值计算方法，其特征在于，采用雷诺平均纳维-斯托克斯RANS方程求解流场：

其中，是雷诺应力，δ_ij是克罗内克函数，p是压力，μ是动力粘性系数，ρ是流体密度。

6.根据权利要求5所述的一种仿生波动鳍的推进性能数值计算方法，其特征在于，涡粘系数模型采用Realizable k-εmodel，壁面函数采用yplus不敏感处理；压力速度解耦算法采用PISO算法，时间项采用一阶隐式欧拉格式，压力梯度插值采用二阶格式，对流项采用二阶迎风格式；压力项的松弛因子降低到0.15以提高数值计算的收敛性；其中涡粘系数模型的运输方程为：

其中，G_k和G_b分别是由于流场平均速度和浮力导致的湍动能生成项，Y_M代表可压缩湍流中脉动扩张对总耗散率的贡献，σ_k和σ_ε是湍流普朗特数，C₂,C_1ε和C_3ε是常数，S_k和S_ε是用户自定义的源项。