In the present study, we carry out numerical simulations of energy harvesting eel by using the immersed boundary method. The fluid motion is described by Eulerian variables defined on a fixed Cartesian mesh, while the filament motion is described by Lagrangian variables defined on a freely moving mesh. Eel is modeled by a flexible filament and is placed behind a circular cylinder. We perform systematic simulations in order to explore the effects of Reynolds number, filament mass, bending coefficient of filament, gap distance between cylinder and filament and filament length. The instantaneous filament motion is analyzed under different conditions and the surrounding vortical structures are identified. The flapping frequency of energy harvesting eel was compared with that in case of cylinder alone as well as filament alone. As increasing Reynolds number, we can see that the Strouhal number of cylinder alone is almost the same as that of energy harvesting eel, indicating that the filament flapping is passively induced by the vortical structures behind the cylinder. The bending energy is calculated for different conditions.
본 연구에서는 가상 경계 방법(immersed boundary method)을 이용하여 에너지를 모으는 뱀장어의 수치해석을 수행하였다. 유체 운동은 고정된 직교 좌표에 정의된 오일러리안(Eulerian) 변수로 설명된 반면 필라멘트(filament) 운동은 자유롭게 움직이는 격자에 정의된 라그랑지안(Lagrangian) 변수로 설명된다. 뱀장어는 유연한 필라멘트로 나타내어졌고 둥근 원통 뒤에 놓여졌다. 우리는 레이놀즈수(Reynolds number), 필라멘트의 질량, 필라멘트의 굽힘 계수, 원통과 필라멘트 사이의 거리, 필라멘트 길이에 관한 효과를 알아보기 위해 체계적인 수치해석을 수행했다. 순간의 필라멘트 운동이 다양한 조건들에서 분석되었고 주변의 소용돌이치는 구조들이 확인되었다. 에너지를 모으는 뱀장어의 플래핑하는 주파수가 원통만 있는 경우의 주파수뿐만 아니라 필라멘트만 있는 경우의 주파수와도 비교가 되었다. 레이놀즈수가 증가함으로써 우리는 원통만 있는 경우의 스트롤 수(Strouhal number)가 에너지를 모으는 뱀장어의 스트롤 수와 거의 같은 것을 확인할 수 있었다. 이는 필라멘트의 플래핑이 원통뒤에서 소용돌이치는 구조들에 의해서 수동적으로 야기되는 것을 나타낸다. 다양한 조건에 대해서 굽힘 에너지가 계산 되었다.
