改進划槳動作，在划艇比賽中更具競爭力

划槳過程中對抗強風

划艇運動是我的一大愛好。事實上，我過去常在波士頓美麗的查爾斯河上參加划龍舟比賽。如果您在晴朗的夏日來到這個美麗的城市，我強烈建議您租一條木舟，沿河划船。

不過，波士頓的天氣變化莫測。當您開始劃著小船順流而下時可能還風平浪靜，一轉眼就可能颳起大風，把您的划艇吹得東倒西歪。您每次舉起船槳時都能感受到風的阻力。在您向前擺動船槳時，就會衝擊到被風掀起的小浪的波峰。遇到這種情況，免不了會打濕衣服，更糟糕的是，還會讓船身失去平衡。如此一來，要換成哪種划槳動作才能擺脫這種困境呢？

富有經驗的槳手可能會開始使用印第安劃法，也稱為加拿大鉤形劃法，這是眾多划艇槳法中的一種。它是典型動力衝程中向後移動船槳的劃法。這種方式不需要把船槳抽出水面，槳手通過轉動槳柄，使槳葉在回程中與行駛方向平行。

說到印第安劃法的優點，這裡做了很好的演示，即在於槳葉絕不會暴露在風中，因此不會衝擊任何波峰。由於這種劃法適合在速度較慢時採用，因此很少用於比賽中。這種方式要求能夠強有力地控制船槳，並且非常了解如何在對水移動中划動槳葉。

藉助 COMSOL Multiphysics，您可以對划槳動作進行分析並做出改進。我們將向您展示分析原理。

使用 COMSOL Multiphysics 為划槳動作建模

讓我們把問題變得簡單一些。我們要考慮的是一種簡化的划槳動作，然後在二維平面上建模。儘管我們假設在 z 方向（水深）沒有變化，但我們可以從這裡開始做進一步思考。待研究的模型由一個填滿水的矩形流體域組成。該示例包括一個舟狀圖樣和一個表示船槳的矩形圖樣。

要建模的船槳沿已知路徑來回移動、並繞自己的中心旋轉。我們可以根據已知的平移和旋轉運動來指定槳葉的流體速度。划艇壁的流體速度為零，且模型空間周圍是開放的邊界條件。

在之前的博客中，我們強調了域的一般平移建模以及旋轉和線性平移方法。 綜合使用這些技巧可以對船槳的變形和旋轉進行建模。以下動畫演示了這些技巧，通過一個全衝程來顯示網格。網格面可以相對於彼此進行滑動，但仍在這些不相連的網格界面之間保持解的連續性。

視頻演示：http://v.qq.com/x/page/p032107jgx4.html

該動畫描繪網格的移動情況。為便於說明，顯示的網格非常稀疏。

由於現已完全定義槳葉的平移和旋轉運動，此時只需解決一個問題：移動域上的 Navier-Stokes 方程。在本次分析中，我們假定這是層流。並且划艇非常重，無法移動。以下動畫非常形象地演示了最初幾次划槳的結果。

划槳過程中的流體流動。

儘管這是一個相對簡化的案例，但您已經對槳葉周圍的流型進行了可視化，您又會如何改進自己的划槳動作呢？在您確定最佳的划槳動作後，您甚至可能想要考慮就在波士頓加入一個極具競爭力的龍舟團隊，或者在其他任何地方—這正是運用 COMSOL Multiphysics 建模技巧的一種健康而有趣的方式！

您還能想到適合使用這種方法的其他情形嗎？我們非常樂意收到您的反饋。如果您有興趣使用 COMSOL Multiphysics 為船槳建模，或將其用於其他形式的流體-結構相互作用，請聯繫我們。

經授權轉載自 http://cn.comsol.com/blogs/ ，原作者 Walter Frei。