Resumen

Se realizan simulaciones numéricas para estudiar la dinámica de fluidos de una aleta pectoral de forma compleja y baja relación de aspecto que realiza la natación labriforme. Las simulaciones del flujo alrededor de la aleta se consiguen mediante un método de fronteras sumergidas (IB) desarrollado, en el que hemos propuesto un algoritmo eficiente de reconstrucción del flujo local con suficiente robustez y una nueva estrategia numérica con excelente capacidad de adaptación para tratar con las complejas fronteras móviles implicadas en las simulaciones del flujo biónico. La cinemática de la aleta prescrita en cada periodo consiste en la carrera de potencia y la carrera de recuperación, y las simulaciones indican que la primera se utiliza principalmente para proporcionar el empuje mientras que la segunda se utiliza principalmente para proporcionar la sustentación. La estela de la aleta está dominada por una estructura de estela de vórtice de doble anillo tridimensional en la que el anillo de vórtice de la carrera de potencia parcial está unido al anillo de la carrera de recuperación en sentido vertical. Además, la conexión de la producción de fuerza con la cinemática de la aleta y la dinámica del vórtice se discute en detalle para explorar el mecanismo de propulsión. También realizamos un estudio paramétrico para entender cómo cambian la topología del vórtice y las características hidrodinámicas con los parámetros clave. Los resultados muestran que existe un ángulo de fase y un número de Strouhal óptimos para esta complicada aleta. Además, se discuten las implicaciones para el diseño de una aleta pectoral bioinspirada a partir del análisis hidrodinámico cuantitativo.

• Materias:Ingeniería biomédica Bioingeniería Robots Extremidades (Cuerpo Humano) Articulación ósea
• Subjects:Biomedical engineering Bioengineering Robot Limbs (Human Body) Bone joint
• Palabras claves:nueva estrategia numérica, estructura de estela de vórtice, conexión de fuerza, algoritmo de reconstrucción de flujo, aleta pectoral bioinspirada, simulación de flujo, aleta pectoral de relación, cinemática de aleta prescrita, análisis hidrodinámico cuantitativo, límite inmerso desarrollado
• Keywords:new numerical strategy, vortex wake structure, connection of force, flow reconstruction algorithm, bioinspired pectoral fin, simulation of flow, ratio pectoral fin, prescribed fin kinematics, quantitative hydrodynamic analysis, developed immersed boundary