隨著人類(lèi)環(huán)保意識(shí)的逐漸提高,節(jié)約能源、低碳環(huán)保已經(jīng)成為人類(lèi)共同追求的目標(biāo),因此,在當(dāng)今工業(yè)發(fā)展領(lǐng)域,減阻技術(shù)的研究也就成為了降低能耗的關(guān)鍵。在眾多減阻技術(shù)中,仿生溝槽減阻技術(shù)以其成本低、容易實(shí)現(xiàn),效果突出等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天、石油管道運(yùn)輸、運(yùn)動(dòng)競(jìng)技以及海洋運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域。因此,仿生溝槽減阻技術(shù)具有非常高的研究意義及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。論文中首先對(duì)國(guó)內(nèi)外幾種非常典型的減阻技術(shù)進(jìn)行了綜述,例如,溝槽表面減阻技術(shù)、凹坑凸包減阻等多種減阻技術(shù)進(jìn)行了論述,并對(duì)仿生溝槽表面減阻技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。然后,簡(jiǎn)單介紹了邊界層概念及近壁面湍流猝發(fā)相關(guān)理論知識(shí)。論文以鯊魚(yú)表皮微結(jié)構(gòu)與沙漠地貌為仿生對(duì)象,建立了V形、L形、U形及n形縱向溝槽表面模型,與V形、U形、半圓形橫向溝槽表面模型,隨后使用ICEM CFD軟件分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分和邊界條件命名,最后通過(guò)Fluent軟件設(shè)定計(jì)算域邊界條件、數(shù)值計(jì)算和后處理工作。對(duì)于縱向和橫向排布的兩種溝槽表面模型,論文分別從表面剪切應(yīng)力、流場(chǎng)速度、流場(chǎng)流動(dòng)特征等角度出發(fā),分析了溝槽壁面對(duì)阻力的影響特性。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),兩種排布方式的溝槽表面對(duì)于光滑表面都表現(xiàn)出一定的減阻效... 

【文章來(lái)源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：83 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

非光滑表面減阻技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

青島科技大學(xué)研究生學(xué)位論文3的亞臨界雷諾數(shù)狀態(tài)下壁面波紋會(huì)使流動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)定。(a)庫(kù)木塔格沙漠地形(b)印度拉賈斯坦邦沙漠(a)KumtagDesertTerrain(b)DesertofRajasthan,India圖1-2沙漠地貌Figure.1-2Desertlandform西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院的胡海豹[6]等通過(guò)對(duì)隨行波表面的流場(chǎng)進(jìn)行仿真模擬，對(duì)隨行波表面減阻機(jī)理進(jìn)行了論述，隨行波表面連續(xù)的溝槽能夠在壁面附近產(chǎn)生“二次流”，這種“二次流”使得自由來(lái)流與壁面之間沒(méi)有直接接觸，類(lèi)似于“滾珠軸承”的作用，從而達(dá)到減阻目的。劉占一[7]等對(duì)不同間隔的脊?fàn)畋砻孢M(jìn)行研究，并深入的分析了間隔尺寸對(duì)脊?fàn)畋砻鏈p阻的影響。潘光[8]等將脊?fàn)畋砻鏈p阻技術(shù)應(yīng)用于水下回轉(zhuǎn)體，并分析了脊?fàn)畋砻嫠軌翰钭枇εc粘性阻力的變化規(guī)律。宋保維[9]等通過(guò)研究還發(fā)現(xiàn)，管道內(nèi)壁得隨行波有利于管道內(nèi)壁面的減阻，并且，隨行波的結(jié)構(gòu)尺寸與漩渦的疏密程度有很大的關(guān)系。通過(guò)將脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)應(yīng)用于G4-73型離心機(jī)翼型葉片上，吳正人[10]等經(jīng)過(guò)仿真研究發(fā)現(xiàn)，脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)內(nèi)部的二次渦能夠有效減小粘性阻力，脊?fàn)畋砻娴臏喜坶g距可以有效避免渦流的干擾從而減小壁面剪切應(yīng)力。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)尺寸s=0.1mm時(shí)風(fēng)機(jī)具有最佳減阻效果，得到最大減阻率為9.65%，此項(xiàng)研究對(duì)以后工程用風(fēng)力機(jī)葉片的性能改進(jìn)提供了很好的參考性。（2）縱向溝槽減阻技術(shù)自然界作為人類(lèi)進(jìn)步的源泉，人類(lèi)已經(jīng)在自然界中獲得了無(wú)數(shù)的啟發(fā)。通過(guò)模仿自然界中的生物結(jié)構(gòu)和功能來(lái)完成人類(lèi)自身的發(fā)明與創(chuàng)造需要，被稱(chēng)作仿生學(xué)。而仿生減阻就是通過(guò)模仿自然界中的某些動(dòng)植物表面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出性能優(yōu)越的減阻技術(shù)表面達(dá)到減阻的目的。所有案例中最為經(jīng)典的當(dāng)屬對(duì)鯊魚(yú)皮溝槽表面的模仿[11]（如圖1-3），鯊魚(yú)在廣闊的海洋中可以快速地游動(dòng)以便能夠捕?

仿生非光滑表面減阻特性數(shù)值研究4圖1-3鯊魚(yú)表皮三維圖像Figure.1-3Threedimensionalimageofsharkskinscale.通常我們會(huì)認(rèn)為，在流體流動(dòng)過(guò)程中表面越光滑的物體所受到的阻力就越小，但是這種這種觀念卻被科學(xué)論證所打破。在上個(gè)世紀(jì)70年代，美國(guó)國(guó)家航天局蘭利研究中心對(duì)溝槽表面進(jìn)行減阻試驗(yàn)研究，在國(guó)際上，這也是第一次提出在流體流域中細(xì)微的非光滑表面能夠減小壁面結(jié)構(gòu)的摩擦阻力。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的科研工作者開(kāi)始對(duì)溝槽表面減阻問(wèn)題進(jìn)行大量的研究。1984年，NASAlangley研究中心的Walsh[12]等對(duì)不同尺寸的溝槽進(jìn)行了研究，同時(shí)提出溝槽寬度s和溝槽高度h的無(wú)量綱尺寸分別為s+和h+，計(jì)算公式如下所示：uss（1-1）uhh（1-2）式中，s代表溝槽的寬度，h代表溝槽深度，υ代表運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)，μτ是壁面切應(yīng)力速度。通過(guò)設(shè)置不同工況，經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溝槽表面尺寸滿(mǎn)足h+≤25及s+≤30時(shí)，溝槽表面才能達(dá)到減阻效果。1988年Lazos[13]通過(guò)矩形組裝窄溝槽壁面與V型溝槽表面進(jìn)行對(duì)比如圖1-4，1-5，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)矩形窄溝槽無(wú)量綱尺寸s+=12、h+=10，V型溝槽無(wú)量綱尺寸s+=15、h+=13時(shí)，矩形組裝窄溝槽與V型溝槽表面都可以獲得8%的減阻率。圖1-4矩形組裝模型Figure.1-4Rectangularassemblymodel

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
[1]基于水流場(chǎng)多階彎曲振型壁面振動(dòng)減阻研究[D]. 朱凌南.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
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本文編號(hào)：3292583