本文關(guān)鍵詞：表面微結(jié)構(gòu)減阻的機理研究與優(yōu)化設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：減阻是大型飛機發(fā)展的基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)問題之一。從空氣動力飛行伊始，阻力就是飛行器設(shè)計中的主要問題。降低阻力可以提高飛機效率，同時改善飛機的經(jīng)濟性。根據(jù)目前大型客機降低阻力，提高效率的實際需要，本文研究了一種使用被動流動控制減阻方法，通過在固壁表面布置微結(jié)構(gòu)來改善流場從而實現(xiàn)減阻。 本文采用RANS和LES相結(jié)合的數(shù)值計算方法，比較系統(tǒng)地分析了在平板及高低速翼型表面橫置小肋及溝槽對降低湍流摩擦阻力的影響。文中使用RANS方法計算平板和翼型阻力，而LES方法則著重分析流場變化過程，以研究減阻機理。在此基礎(chǔ)上，對微結(jié)構(gòu)的參數(shù)進行了較為細致和系統(tǒng)的分析研究，最終使用響應(yīng)面等優(yōu)化方法，開展了橫置微結(jié)構(gòu)外形及布置參數(shù)的優(yōu)化研究。另外將小肋參數(shù)進行無量綱化研究。最后考慮了將微結(jié)構(gòu)分布的形式進行改變，在平板表面離散化布置以增加其工程實用性。 通過對平板表面微結(jié)構(gòu)計算結(jié)果的分析與優(yōu)化，得到了具有最佳減阻效果的小肋參數(shù)，，使用最優(yōu)參數(shù)的小肋與溝槽，與平板對比，分別得到了最大3.986%和4.675%的減阻效果。無量綱化結(jié)果顯示，當(dāng)無量綱高度h~+≤5時有減阻效果，并且h~+=2~3時阻力最小。離散化布置微結(jié)構(gòu)的結(jié)果表明，離散化布置后，仍然能得到一定的減阻，但是效率有所降低。在高速和低速翼型表面布置微結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果顯示，微結(jié)構(gòu)的加入改變了翼型表面的流場和壓力分布，使得粘性阻力略有降低但是壓差阻力上升，最終使得總阻力增加。 通過對流場的分析，得到了微結(jié)構(gòu)減阻的機理，即橫置的微結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生渦柱，其功能類似機械軸承中的滾柱，因而稱其為微型空氣滾柱(Micro Air Rollers, MARS)，渦柱改變了流體與平板的作用方式及近壁速度剖面，降低了摩擦阻力，進而使總阻力降低。本項研究為進一步開展微結(jié)構(gòu)湍流減阻及參數(shù)優(yōu)化研究提供了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：湍流減阻 表面微結(jié)構(gòu) CFD 參數(shù)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：V212.1;V22;TB306
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 減阻研究的背景及意義10-11
• 1.2 民機阻力來源11-12
• 1.3 常見減阻方法12-16
• 1.3.1 減阻氣動布局12-13
• 1.3.2 基于流動控制的減阻技術(shù)13-16
• 1.4 課題研究思路16-17
• 1.5 本文主要工作17-18
• 第二章 相關(guān)物理問題及研究方法18-36
• 2.1 邊界層流動18-22
• 2.1.1 概述18
• 2.1.2 邊界層流動狀態(tài)18-19
• 2.1.3 湍流邊界層19-22
• 2.2 表面粗糙度相關(guān)問題22-24
• 2.2.1 表面粗糙度22-23
• 2.2.2 粗糙度容許值23-24
• 2.3 微納尺度流動24-26
• 2.3.1 概述24
• 2.3.2 微納尺度流動流場參數(shù)24-25
• 2.3.3 流動區(qū)域的劃分及基本方程25-26
• 2.4 流體力學(xué)的研究方法26-27
• 2.5 實驗研究方法27-28
• 2.6 數(shù)值方法28-35
• 2.6.1 CFD基本原理28
• 2.6.2 CFD方法28-31
• 2.6.3 CFD方法的選擇31
• 2.6.4 湍流模型31-34
• 2.6.5 CFD的求解過程34-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 第三章 肋條/溝槽減阻研究綜述36-46
• 3.1 概述36
• 3.2 縱向布置肋條/溝槽減阻36-40
• 3.2.1 平板表面縱向肋條/溝槽減阻36-40
• 3.2.2 翼型/機翼表面縱向肋條/溝槽減阻40
• 3.3 橫向布置肋條/溝槽減阻40-42
• 3.4 機理分析42-44
• 3.4.1 縱向肋條/溝槽減阻機理42-44
• 3.4.2 橫向肋條/溝槽減阻機理44
• 3.5 應(yīng)用研究44-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第四章 平板表面微結(jié)構(gòu)46-96
• 4.1 微結(jié)構(gòu)平板的建模與網(wǎng)格劃分46-48
• 4.1.1 網(wǎng)格生成方法46-48
• 4.2 算例驗證48-50
• 4.2.1 平板CFD計算驗證48-49
• 4.2.2 微結(jié)構(gòu)平板算例驗證49-50
• 4.3 小肋平板的計算結(jié)果及分析50-54
• 4.3.1 阻力計算結(jié)果50-51
• 4.3.2 流場分析51-54
• 4.4 減阻機理分析54-58
• 4.5 小肋參數(shù)研究58-75
• 4.5.1 單小肋參數(shù)59-64
• 4.5.2 多個小肋參數(shù)研究與優(yōu)化64-71
• 4.5.3 小肋參數(shù)無量綱化71-75
• 4.6 溝槽平板的計算結(jié)果75-83
• 4.6.1 溝槽平板阻力計算75-76
• 4.6.2 流場分析76-83
• 4.7 溝槽參數(shù)研究83-91
• 4.7.1 單溝槽參數(shù)研究83-87
• 4.7.2 多溝槽參數(shù)研究87-91
• 4.8 微結(jié)構(gòu)離散化布置91-95
• 4.8.1 微結(jié)構(gòu)選取91-94
• 4.8.2 離散化布置微結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果94-95
• 4.9 本章小結(jié)95-96
• 第五章 翼型表面微結(jié)構(gòu)96-120
• 5.1 數(shù)值方法驗證96-104
• 5.1.1 低速翼型驗證96-99
• 5.1.2 高速翼型驗證99-104
• 5.2 低速翼型表面微結(jié)構(gòu)104-112
• 5.2.1 低速基準(zhǔn)翼型及微結(jié)構(gòu)翼型生成104-105
• 5.2.2 低速翼型表面微結(jié)構(gòu)計算結(jié)果105-107
• 5.2.3 流場分析107-110
• 5.2.4 低速翼型表面微結(jié)構(gòu)參數(shù)研究110
• 5.2.5 無量綱參數(shù)驗證110-111
• 5.2.6 低速翼型表面不同微結(jié)構(gòu)應(yīng)用比較111-112
• 5.3 高速翼型表面微結(jié)構(gòu)112-119
• 5.3.1 高速基準(zhǔn)翼型及微結(jié)構(gòu)翼型生成112-113
• 5.3.2 微結(jié)構(gòu)對高速翼型受力及流場影響113-117
• 5.3.3 高速翼型表面微結(jié)構(gòu)參數(shù)研究117-118
• 5.3.4 高速翼型表面不同微結(jié)構(gòu)應(yīng)用比較118-119
• 5.4 本章小結(jié)119-120
• 第六章 總結(jié)與展望120-124
• 6.1 總結(jié)120-123
• 6.2 展望123-124
• 參考文獻124-130
• 致謝130-131
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文131-133

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