本文關(guān)鍵詞：V形溝槽表面結(jié)構(gòu)特征與減阻性能的關(guān)聯(lián)性研究

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【摘要】：隨著世界性能源危機日益加劇,節(jié)能減排逐漸成為21世紀乃至未來的主題�，F(xiàn)實生活中,許多能源消耗問題都與流體流動息息相關(guān)。因此,研究湍流減阻技術(shù)具有一定科研意義和實用價值。本文從工程仿生學的角度出發(fā),參考海豚、鯊魚等生物的表皮微結(jié)構(gòu)減阻特性,建立了橫向和縱向分布的V形溝槽表面模型。首先,根據(jù)平板湍流相關(guān)經(jīng)驗公式確定了溝槽尺寸和計算域大小,并利用Fluent軟件包進行網(wǎng)格劃分、求解條件設定、湍流模型驗證等工作。然后,采用數(shù)值模擬與試驗驗證相結(jié)合的方法,比較橫向溝槽表面和縱向溝槽表面的減阻性能,并重點分析了橫向溝槽表面減阻的影響因素。除此之外,還對高低分布不同的橫向溝槽表面減阻進行了模擬,分析其在不同流速狀況下的減阻性能。最后,通過比較光滑表面和溝槽表面的近壁區(qū)邊界層流場結(jié)構(gòu),較為深入的分析了溝槽表面的減阻機理。結(jié)果表明：(1)相對于光滑表面,橫向溝槽表面和縱向溝槽表面均呈現(xiàn)出一定的減阻性能。速度較低時,縱向溝槽表面的減阻效果相對明顯；隨著速度的增加,橫向溝槽表面呈現(xiàn)出相對良好的減阻穩(wěn)定性。(2)在本文研究的尺寸和速度范圍內(nèi),縱向溝槽表面在v=3m/s、溝槽尺寸h=s=0.12mm時減阻效果最好,可達9.61%；橫向溝槽表面在v=12m/s、溝槽尺寸h=s=0.02mm時減阻效果最好,可達5.94%。 (3)橫向溝槽表面的減阻性能是受來流速度、溝槽尺寸、溝槽個數(shù)、分布位置以及溝槽形狀等因素共同作用的結(jié)果。其中,來流速度、溝槽尺寸、溝槽個數(shù)和溝槽形狀的影響較大。(4)相對于尺寸單一的橫向溝槽表面,具有一定形變規(guī)律的溝槽表面減阻效果更優(yōu),其中溝槽尺寸從低到高分布時減阻效果明顯。(5)縱向溝槽表面頂部存在大量“二次渦”,使得邊界層粘性底層厚度增加,剪切應力降低,實現(xiàn)減阻；橫向溝槽表面則是在底部存在順時針漩渦,將來流與壁面之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)化為流體與流體之間的滾動摩擦,實現(xiàn)減阻。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB17

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本文編號：1261579