VOF法に基づく人間の水泳の流体力学的分析

Navier-Strokes方程式とRNG K-ε乱流閉鎖に基づいた3D数値モデルは、波動抵抗を考慮したスイマーの流体力学的抗力を研究するために確立されます。自由表面のうねりを捉えるために、流体法の体積が採用されています。シミュレーション戦略は、計算された結果を実験データと比較することで評価されます。計算された結果は、マネキンのけん引実験のデータとよく一致しています。その後、さまざまな速度での抗力に対するスイマーの頭の位置と滑空深度の影響を調査します。頭を体と整列させることが、合理化された滑空における最適な姿勢であることがわかります。また、波動抵抗は、自由表面から深さ0.3 m以内に重要です。

A 3-D numerical model, based on the Navier-Strokes equations and the RNG k-ε turbulence closure, for studying hydrodynamic drag on a swimmer with wave-making resistance taken into account is established. The volume of fluid method is employed to capture the undulation of the free surface. The simulation strategy is evaluated by comparison of the computed results with experimental data. The computed results are in good agreement with data from mannequin towing experiments. The effects of the swimmer's head position and gliding depth on the drag force at different velocities are then investigated. It is found that keeping the head aligned with the body is the optimal posture in streamlined gliding. Also wave-making resistance is significant within 0.3 m depth from the free surface.