Effect of rotation on the monotonic instability mode of advective flow in a horizontal incompressible fluid layer with rigid boundaries in the case of normal spiral perturbations

Abstract

В работе рассматривается поступательное движение двухмассовой механической системы, помещенной в вязкую несжимаемую жидкость. Система состоит из замкнутого клиновидного цилиндрического корпуса и подвижной внутренней массы, совершающей внутри него гармонические колебания вдоль продольной оси. Перемещения внутренней массы приводят в движение как саму систему, так и окружающую жидкость. В силу несимметрии формы корпуса при смещении вперед вершиной и вперед основанием вызывается различная реакция внешней среды и обеспечивается направленное поступательное движение системы в жидкости. Описанная механическая система имитирует вибророботмобильное устройство, способное перемещаться в жидкости без подвижных внешних частей. Задача взаимодействия робота с вязкой жидкостью решается с использованием прямого численного моделирования. Исследования проводятся в диапазоне низких чисел Рейнольдса (Re < 250), в котором применима гипотеза о плоском ламинарном течении. Вычислительная схема реализуется в открытом пакете OpenFOAM. Полученные результаты показывают, что взаимодействие жидкости с корпусом имеет комплексный характер, обусловленный, прежде всего, переключением режимов течения жидкости. Структура течения, создаваемого роботом во внешней среде, в свою очередь, существенно влияет на характеристики движения, в том числе определяет его направление. Это приводит к появлению различных режимов движения робота при одинаковых параметрах колебания внутренней массы.