發(fā)布時間：2017-08-14 14:01

  本文關(guān)鍵詞：基于流場中的運動體表面壓電振動減阻研究

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【摘要】：無論是在水中還是在空氣中運動的物體,都會受到來自流體繞流所產(chǎn)生的阻力。物體繞流時的阻力主要由摩擦阻力和壓差阻力兩部分組成,對于艦船這種接近于流線型的物體來說,它受到的摩擦阻力占主要部分。通過一定的方法減小流場中運動體受到的阻力,不僅可以節(jié)約能源,同時還可以提高它們的機動性。因而對于流場中運動體的減阻研究就顯得十分有意義。本文結(jié)合壓電理論、振動理論、流體力學(xué)以及計算流體力學(xué)等相關(guān)知識,對類似船體的幾種運動體模型進行了振動作用下阻力變化的分析。首先本文介紹了流體力學(xué)中關(guān)于邊界層的相關(guān)理論和方程,比較了層流邊界層和湍流邊界層的摩擦阻力系數(shù),并分析了高頻微振動的減阻原理。其次根據(jù)壓電理論和振動理論的相關(guān)知識,設(shè)計了壓電振子來實現(xiàn)所需的壁面振動,并通過有限元軟件對其進行了模態(tài)分析和瞬態(tài)分析,獲得了壁面的變形規(guī)律和振動參數(shù),在此基礎(chǔ)上,編寫了程序?qū)⒈诿嬲駝右?guī)律以邊界條件的形式寫入到流場分析軟件中,設(shè)置了動網(wǎng)格,實現(xiàn)了仿真上的單向流固電耦合。本文對五種不同流速、三種不同頂角角度下,模型在有無振動作用下受到的總阻力和摩擦阻力的變化情況進行了對比仿真分析。計算了相應(yīng)模型的減阻率情況,并對不同頂角角度模型下的阻力變化的原因進行了分析。選取減阻效果較明顯的頂角為10?的模型,又進一步分析了振幅和相位對其阻力變化的影響,并分析了阻力變化的原因。最后,實驗部分,制作了運動體實驗?zāi)Ｐ?并粘貼壓電陶瓷,制作了壓電振子。首先使用了激光測振儀對壓電振子的振動情況進行了測量,驗證了仿真分析的正確性。然后搭建了測試系統(tǒng),測量運動體模型在流場中所受的總阻力。實驗在水洞中進行,對不同流速、不同振幅和不同相位作用下模型的阻力變化進行了實驗研究,實驗結(jié)果基本符合仿真結(jié)果,驗證了仿真分析的正確性。
【關(guān)鍵詞】：湍流邊界層 壓電振子 振動減阻 流固耦合
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U661.311
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9-12
• 1.1.1 課題背景9-11
• 1.1.2 研究的目的與意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析12-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 當(dāng)前研究存在的問題15-16
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 振動減阻機理18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 邊界層及其基本方程18-23
• 2.2.1 邊界層的概念18-19
• 2.2.2 邊界層微分方程19-21
• 2.2.3 壁板層流邊界層與湍流邊界層21-23
• 2.3 振動減阻的理論基礎(chǔ)23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-26
• 第3章 流場中振動減阻的仿真分析26-53
• 3.1 引言26
• 3.2 本文的計算模型26-27
• 3.3 壓電振子的仿真分析27-28
• 3.4 振動作用下不同頂角模型所受流場阻力的仿真分析28-43
• 3.4.1 坐標(biāo)系與控制域28-30
• 3.4.2 網(wǎng)格劃分30
• 3.4.3 邊界設(shè)定30-31
• 3.4.4 模型設(shè)定31
• 3.4.5 求解設(shè)定與計算31-33
• 3.4.6 振動作用下不同頂角模型的摩擦阻力變化33-36
• 3.4.7 振動作用下不同頂角模型的總阻力變化36-43
• 3.5 振幅對減阻效果的影響的仿真分析43-47
• 3.6 反相振動作用下阻力變化的仿真分析47-52
• 3.7 本章小結(jié)52-53
• 第4章 流場中振動減阻的實驗研究53-67
• 4.1 引言53
• 4.2 實驗?zāi)Ｐ团c實驗平臺53-58
• 4.2.1 實驗?zāi)Ｐ团c裝置53-54
• 4.2.2 實驗水洞54-56
• 4.2.3 阻力測量裝置56-58
• 4.3 壓電振子振型測試58-59
• 4.4 流場中振動減阻的實驗研究59-61
• 4.4.1 不同流速下的振動減阻效果59-60
• 4.4.2 不同振幅下的振動減阻效果60-61
• 4.4.3 反相電壓下振動作用影響阻力變化的實驗研究61
• 4.5 仿真模擬和實驗結(jié)果誤差分析61-65
• 4.6 本章小結(jié)65-67
• 結(jié)論67-69
• 參考文獻69-74
• 致謝74

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1 曾一致;陶紅艷;劉天寶;余成波;王晟;;復(fù)合壓電振子非軸對稱優(yōu)化[J];四川兵工學(xué)報;2013年05期

2 周利生;圓柱形壓電振子的多維耦合換能器理論[J];聲學(xué)與電子工程;1993年02期

3 任露泉,楊志剛,佟金,曾平;雙彎曲型壓電振子的振動解析[J];壓電與聲光;1998年03期

4 張建輝;路計莊;夏齊霄;王守印;;壓電振子及流體對泵近場噪聲的影響[J];光學(xué)精密工程;2006年04期

5 張愛云;何R，

本文編號：672999