本文選題：疏水表面 + 減阻��； 參考：《西北工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：論文利用實驗測試、數(shù)值模擬和理論分析的方法,對疏水表面的減阻機理、氣膜的駐留特性及其駐留方法進行了系統(tǒng)研究,找到了疏水表面減阻效果的穩(wěn)定維持方法。所開展的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新性成果包括:(1)在重力式低速水洞中,利用熱線測速儀對多種疏水表面的湍流邊界層流場進行了實驗研究。近壁區(qū)的平均速度剖面會抬升,湍流度降低,證實了滑移的存在;基于小波分析理論,提出了湍流相干結(jié)構(gòu)的精確提取方法,并發(fā)現(xiàn)壁面的疏水性對渦結(jié)構(gòu)強度有抑制作用。(2)發(fā)現(xiàn)了疏水表面上氣膜駐留的兩種模式:氣層模式和氣泡模式。建立了相應(yīng)的減阻模型,總結(jié)了氣層和氣泡消失的不同過程,揭示了疏水表面減阻不穩(wěn)定的機理。(3)對格子Boltzmann方法進行了改進,并利用該方法對疏水表面的潤濕性進行了表征。建立了與氣層模式和氣泡模式對應(yīng)的格子Boltzmann模型,得到了流速、固液作用強度和微結(jié)構(gòu)對疏水表面氣膜駐留特性和減阻特性的影響規(guī)律。(4)基于空化效應(yīng),提出了在微結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)空化進而駐留氣膜的方法。通過理論分析,得到了微結(jié)構(gòu)的設(shè)計準則,并根據(jù)該準則,利用數(shù)值模擬,驗證了微結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)空化的可能性,并分析了流速、微結(jié)構(gòu)和接觸模式對微結(jié)構(gòu)空化的影響規(guī)律。(5)研究了基于人工通氣的氣膜駐留方法,對該情況下的氣膜邊界層進行了測試和分析,得到了氣膜對平均速度剖面、邊界層厚度、滑移特性、減阻特性和渦結(jié)構(gòu)特性的影響規(guī)律,證實了該方法可以維持氣膜的存在和疏水表面的減阻效果。
[Abstract]:By means of experimental test, numerical simulation and theoretical analysis, the mechanism of drag reduction on hydrophobic surface, the residence characteristics of gas film and its resident method are systematically studied in this paper, and the stable maintenance method of drag reduction effect on hydrophobic surface is found. The main research contents and innovative results include: (1) the turbulent boundary laminar flow field on various hydrophobic surfaces has been experimentally studied in a gravity low-speed tunnel with a hot-wire velocimeter. The average velocity profile near the wall will rise and the turbulence degree will decrease, which proves the existence of slippage. Based on the wavelet analysis theory, an accurate method for extracting turbulent coherent structures is proposed. It is also found that the hydrophobicity of the wall has an inhibitory effect on the strength of the vortex structure. (2) two modes of gas film residence on the hydrophobic surface are found: the gas layer model and the bubble mode. The corresponding drag reduction model was established, the different processes of gas layer and bubble disappearance were summarized, and the mechanism of drag reduction instability on hydrophobic surface was revealed. The lattice Boltzmann method was improved, and the wettability of hydrophobic surface was characterized by this method. The lattice Boltzmann model corresponding to the gas layer model and the bubble model is established. The effects of flow rate, solid-liquid interaction intensity and microstructure on the residence characteristics and drag reduction characteristics of the gas film on the hydrophobic surface are obtained based on the cavitation effect. A method to realize cavitation on the microstructure and then stay the gas film is presented. Through theoretical analysis, the design criteria of microstructures are obtained. According to these criteria, the possibility of cavitation in microstructures is verified by numerical simulation, and the velocity of flow is analyzed. The effect of microstructures and contact modes on the cavitation of microstructures. (5) the method of gas film residence based on artificial ventilation was studied. The film boundary layer was tested and analyzed, and the average velocity profile and boundary layer thickness were obtained. It is proved that the method can maintain the existence of gas film and the drag reduction effect of hydrophobic surface.
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U661.311

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本文編號：1833633