Abstract
The work is devoted to the study of the two-mass vibration-driven system motion in the viscous fluid. The system consists of a closed wedge-shaped body, placed in a fluid, and a movable internal mass, oscillated harmonically inside the shell. The described mechanical system simulates a vibration-driven robot. The complex model of the robot interaction with the medium is considered, where fluid motion is described by the full unsteady Navier-Stokes equations. The problems of improving the efficiency of vibration-driven robot motion by choosing a special law internal mass movement are investigated. For these purposes, a comparative analysis of the characteristics of the motion and flow regimes around the robot are carried out for the simple harmonic law of the internal mass motion and the special two-phase law of the internal mass motion. The analysis of the flows around the robot and their influence on the characteristics (the average speed and the efficiency) of the movement is carried out. The numerical solution of the problem is carried out in the OpenFOAM open-source software package. The numerical scheme is implemented on the basis of the finite-volume discretization approach. For joint solution the Navier-Stokes equations and the mechanical system, which describes the interaction of components of vibration-driven robot and viscous media, a special iteration scheme is constructed. Results of the study show that the directional movement of the wedge-shaped vibration-driven robot is possible for both harmonic and two-phase laws of internal mass motion. In each of the cases it is possible to find stable regimes of motion observed in a wide range of Reynolds numbers. Analysis of average speed and efficiency of regimes allows finding the optimal parameters of vibration-driven robot motion.
Highlights
The work is devoted to the study of the two-mass vibration-driven system motion in the viscous fluid
The system consists of a closed wedge-shaped body, placed in a fluid, and a movable internal mass, oscillated harmonically inside the shell
The complex model of the robot interaction with the medium is considered, where fluid motion is described by the full unsteady Navier-Stokes equations
Summary
Вибрационный принцип движения тел уже многие годы вызывает интерес у инженеров. Описания многочисленных устройств с вибрационным движителем появлялись в технической литературе еще в первой половине 20-го века. Моделирование перемещения клиновидного виброробота в вязкой жидкости при различных законах движения внутренней массы в пакете OpenFOAM. Результаты показали, что даже для простого гармонического закона движения внутренней массы в диапазоне низких чисел Рейнольдса течение вокруг робота имеет комплексный характер, связанный в первую очередь с интенсивным вихреобразованием и переключением между режимами течения жидкости. Для этого проводится сравнительный анализ характеристик движения и режимов обтекания при простом гармоническом законе колебания внутренней массы и специальном двухфазном (характеризуется чередованием быстрой и медленной фаз движения), полученным в [12] в ходе решения задачи оптимизации энергозатрат виброробота на базе упрощенной модели взаимодействия с вязкой жидкостью. В силу ограничений рассматриваемой модели взаимодействия (предполагающей только прямолинейное движение системы в жидкости), в уравнение (5) войдет только продольная составляющая найденной силы Fx ( Fp (Fx , Fy ) ), из которой необходимо вычесть дополнительный вклад, связанный с переходом в подвижную систему координат. Предполагая малые (микро) размеры моделируемого устройства, ограничимся далее диапазоном низких чисел Рейнольдса, в котором справедлива гипотеза о плоском ламинарном течении вокруг корпуса робота
Sign-in/Register to view highlights & summary Sign-in/Register to access full text options 
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a call
