Modelo numérico de propulsión

Modelo numérico de propulsión

También empleamos simulaciones numéricas para estudiar el mecanismo de propulsión del movimiento alternativo en los fluidos no newtonianos utilizando el código abierto dinámica de fluidos computacional (CFD) FeatFlow paquete (método detallado en la Nota Complementaria 1 ). Figura 5a y complementario Movie 4 muestran el fluido campos de velocidad y viscosidad a los seis marcos a través del ciclo de 4 s de propulsión completa de la natación macro-vieira en un fluido de espesamiento de cizalladura. El desplazamiento neto en un ciclo es claro a partir de la diferencia de posición entre el inicio nadador (0 s) y el acabado (4 s) del ciclo. El mecanismo de propulsión se ilustra mediante la comparación de los mapas de campo en 0,3 y 2,4 s; estos marcos de ambos corresponden a la misma α = 115 °; sin embargo, la velocidad angular de cierre superior de las conchas conduce a un gradiente de velocidad (velocidad de cizallamiento) mucho más alta del fluido en 0,3 s, lo que resulta en la viscosidad más grande entre las dos conchas relativos a que durante la carrera de apertura (en 2,4 s). Por lo tanto, el desplazamiento hacia delante durante el cierre rápido medio-ciclo (panel superior en la Fig. 5a ) es mayor que el desplazamiento hacia atrás en la apertura lenta de ciclo medio (panel inferior en la Fig. 5a ), lo que conduce al desplazamiento neto en uno período. Las curvas de desplazamiento ( Fig. 5b ) de la serie de simulación excelente concordancia cuantitativa con los datos experimentales, tanto en los casos de espesamiento de Newton y de cizallamiento. Los resultados de la simulación demuestran que la propulsión neta es el resultado de las diferencias de viscosidad durante los dos semiciclos, que es causada por la viscosidad del fluido aparente diferencial bajo condiciones de cizallamiento asimétricos. Es importante destacar que los resultados consistentes se lograron utilizando sólo la simple relación de espesamiento de cizalladura entre la viscosidad del fluido y la velocidad de cizallamiento instantánea. Esto sugiere que el factor dominante que conduce a la propulsión neta en nuestro experimento es la viscosidad diferencial en lugar de los mecanismos de almacenamiento de energía de fluidos tales como la elasticidad de fluido o histéresis viscosidad (tixotropía / Reopexia).

Figura 5: Simulación numérica de la propulsión por el movimiento recíproco en un fluido de espesamiento de cizalladura.

( un ) campos de velocidad y la viscosidad del fluido alrededor del nadador en el fluido de espesamiento de cizalladura (ver también la película complementaria 4 y complementaria Fig. 15 para las imágenes ampliadas). Las tres imágenes en el panel superior corresponden a la media de ciclo de cierre rápido (~ 0,8 s) y las imágenes en el panel inferior corresponden a la apertura lenta medio-ciclo (~ 3,2 s). El resultado de la simulación verifica que el desplazamiento neto es el resultado de las diferencias de viscosidad durante los dos semiciclos, que es causada por las diferencias en la velocidad de cizallamiento de fluido (gradiente de velocidad) bajo la actuación asimétrica. ( b ) Las curvas de desplazamiento de la asimétrica accionado macro-vieira en el espesamiento de cizalladura (azul) y fluido newtoniano (verde) durante tres ciclos. Resultados de la simulación (líneas de trazos) son consistentes con los datos experimentales (líneas continuas), donde la macro-vieira exhibe desplazamiento neto en el fluido de espesamiento de cizalladura pero hay desplazamiento neto en el fluido newtoniano.

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Mostramos que bajo Re propulsión de una vieira es posible en el engrosamiento de corte y fluidos de corte de adelgazamiento. Los dispositivos son nadadores verdaderos, impulsados por cambios periódicos la forma del cuerpo. 19 Las diferencias en la apertura y cierre de las tasas dan lugar a diferencias en las tasas de corte correspondientes y por lo tanto las viscosidades del fluido no newtoniano. El resultado neto es de propulsión a pesar de la carrera recíproca. . A diferencia de ref 27 , elasticidad líquido juega un papel menor; mediciones reológicas ( Figs complementarias

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