基于浸没边界法的雨滴作用下微型扑翼飞行器数值模拟方法研究

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基本信息

  • 批准号：
    11902153
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    28.0万
  • 负责人：
    王岩
  • 依托单位：
    南京航空航天大学
  • 学科分类：
    A0910.计算流体力学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

This project aims to develop an efficient computational platform for simulating flapping-wing micro air vehicle (MAV) under complex rain conditions by combining the immersed boundary method (IBM), diffuse interface (DI) method and the block-structured adaptive mesh refinement (AMR) technique. In the numerical platform, a new IBM method will be proposed to accurately deal with the gradient boundary condition of the order parameter and chemical potential in the DI method, which overcomes the difficulty faced by the IBM in dealing with the Neumann conditions; to effectively track the interface of rain drops, a mass-conserved DI method will be presented; based on the IBM and the DI method and by introducing the order parameter, vorticity and physical locations of moving boundaries as indicator for grid refinement, a block-structured AMR technique will be presented. This project innovatively develops and combines the IBM, the DI method and the block-structured AMR technique to build an efficient numerical platform for effective simulation of flapping-wing MAV with rain effects, which provides an advanced numerical tool and powerful technological support for evaluating the aerodynamic performance and flight safety of MAV.
针对雨滴作用下微型扑翼飞行器动边界流动问题，耦合浸没边界法、扩散界面法和块结构自适应网格技术，发展有效求解含有多相流的动边界问题数值模拟方法。基于壁面单侧物理量修正思想，提出能够精确满足多相流模拟中相变量和化学势梯度边界条件的浸没边界法，从而有效处理雨滴在微型扑翼飞行器表面的边界条件；发展能满足质量守恒的扩散界面法，实现雨滴界面位置的有效追踪；结合浸没边界法和质量守恒扩散界面法，综合相变量、涡量和动边界等作为指示因子并应用高阶守恒型插值方法，发展具有一致收敛性的二维和三维块结构自适应网格技术。本项目深入发展耦合浸没边界法、扩散界面法和块结构网格技术，并创新性的将之结合，建立有效模拟雨滴作用下微型扑翼飞行器多相流动边界流动的耦合算法，能够为复杂环境下微型飞行器气动性能和飞行安全的评估提供先进的数值模拟方法和有力的技术支撑。

结项摘要

雨滴作用下微型扑翼飞行器多相流流固耦合这一关键科学问题，涉及到了流体力学、多相流动力学、固体力学以及结构和材料等多学科交叉，相关的数值模拟方法并不成熟。本项目针对雨滴作用下微型扑翼飞行器动边界流动问题，在浸没边界法、扩散界面法和自适应网格技术等三方面进行了积极的探索。提出了能满足第二类边界条件的浸没边界法、发展了能满足质量守恒和保持界面形状的扩散界面方法，建立块结构自适应网格算法和程序。通过模拟液滴撞击液膜、拉普拉斯定律、单个扑翼、蜻蜓飞行、液滴与翼型相互作用、液滴与圆球相互碰撞等多相流问题、复杂外形和动边界问题的数值模拟，验证了算法的正确性。这些研究工作为深入研究雨滴作用下微型扑翼飞行器多相流流固耦合问题提供了一定的研究基础，也为相关的科学工程问题建立了有效的数值模拟方法和工具。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Development of an immersed boundary-multiphase lattice Boltzmann flux solver with high density ratio for contact line dynamics
开发用于接触线动力学的高密度比浸没边界多相晶格玻尔兹曼通量求解器
  • DOI：
    10.1063/5.0043604
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Physics of Fluids
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Guoqing Chen;A-Man Zhang;Niannian Liu;Yan Wang
  • 通讯作者：
    Yan Wang
Oblique drop impact on thin film: Splashing dynamics at moderate impingement angles
斜滴对薄膜的冲击：中等冲击角度下的飞溅动力学
  • DOI：
    10.1063/5.0004142
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Physics of Fluids
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Zhen Chen;Chang Shu;Yan Wang;Liming Yang
  • 通讯作者：
    Liming Yang
Recent advances in theory, simulations, and experiments on multiphase flows
多相流理论、模拟和实验的最新进展
  • DOI：
    10.1063/5.0091696
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Physics of Fluids
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Yan Wang;Haihu Liu;Haizhuan Yuan
  • 通讯作者：
    Haizhuan Yuan
A mass-conserved fractional step axisymmetric lattice Boltzmann flux solver for incompressible multiphase flows with large density ratio
大密度比不可压缩多相流的质量守恒分步轴对称格子玻尔兹曼通量求解器
  • DOI：
    10.1063/5.0022050
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Physics of Fluids
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Liuming Yang;Chang Shu;Yang Yu;Yan Wang;Guoxiang Hou
  • 通讯作者：
    Guoxiang Hou
A simplified lattice Boltzmann flux solver for multiphase flows with large density ratio
大密度比多相流的简化格子玻尔兹曼通量求解器
  • DOI：
    10.1002/fld.4958
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    International Journal for Numerical Methods in Fluids
  • 影响因子：
    1.8
  • 作者：
    Liuming Yang;Chang Shu;Zhen Chen;Yan Wang;Guoxiang Hou
  • 通讯作者：
    Guoxiang Hou

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基于浸没边界法的雨滴-柔性扑翼气-液-固三相耦合并行算法研究
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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