Сборники трудов ИСП РАН


Моделирование перемещения клиновидного виброробота в вязкой жидкости при различных законах движения внутренней массы в пакете OpenFOAM

А.Н. Нуриев (ННГУ, Н.Новгород, Россия; КФУ, Казань, Россия)
А.И. Юнусова (КНИТУ, Казань, Россия)
О.Н.Зайцева (КФУ, Казань, Россия)

Аннотация

Работа посвящена исследованию движения двухмассовой вибрационной системы в вязкой жидкости. Система состоит из замкнутого клиновидного корпуса и подвижной внутренней массы, совершающей колебания вдоль продольной оси корпуса. Описанная механическая система имитирует виброробот. Рассматривается комплексная модель взаимодействия робота со средой, в рамках которой движение жидкости описывается полной нестационарной системой уравнений Навье-Стокса. Исследуются вопросы повышения эффективности движения виброробота за счет выбора специального закона перемещения внутренней массы. Для этого проводится сравнительный анализ характеристик движения (средней скорости и показателя эффективности) и режимов обтекания при простом гармоническом законе колебания внутренней массы и специальном двухфазном, характеризующимся чередованием медленной продолжительной и быстрой короткой фаз движения, во время которых внутренняя масса перемещается с постоянной скоростью. Решение задачи выполняется численно на базе пакта с отрытым исходным кодом OpenFOAM. Численная схема реализуется в рамках конечно-объемного подхода дискретизации. Для совместного решения системы уравнений Навье-Стокса и механической системы, описывающей взаимодействие составляющих виброробота и вязкой среды применяется специальная итерационная схема, встраиваемая в стандартный решатель пакета icoFoam. Результаты исследования показывают, что направленное движение виброробота с клиновидной формой корпуса возможно как для гармонического, так и для двухфазного законов колебания внутренней массы. В каждом из случаев удается обнаружить устойчивые режимы движения, реализуемые в широком диапазоне чисел Рейнольдса. Анализ средней скорости и эффективности режимов позволяет найти оптимальные параметры движения виброробота.

Ключевые слова

виброробот; вязкая жидкость; система уравнений Навье-Стокса; режимы движения; эффективность движения; OpenFOAM

Издание

Труды Института системного программирования РАН, том 29, вып. 1, 2017, стр. 101-118.

ISSN 2220-6426 (Online), ISSN 2079-8156 (Print).

DOI: 10.15514/ISPRAS-2017-29(1)-7

Полный текст статьи в формате pdf Вернуться к содержанию тома