本文關(guān)鍵詞：平面板材表面輥壓成形微溝槽的減阻研究

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【摘要】：研究發(fā)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)表面具有多方面的功能，如光學(xué)性、摩擦性、潤(rùn)滑性、耐磨損性等。微溝槽表面作為微結(jié)構(gòu)的一種形式，在汽車、船舶、航空航天、管道運(yùn)輸方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值，基于微溝槽表面優(yōu)越的減阻特性，本文對(duì)不同形狀微溝槽表面的減阻能力和減阻機(jī)理進(jìn)行了分析。 對(duì)于微溝槽表面減阻性能的研究，傳統(tǒng)方法主要采取風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和水洞實(shí)驗(yàn)等，實(shí)驗(yàn)條件受各方面影響較大，費(fèi)用高、周期長(zhǎng)。為了克服傳統(tǒng)方法的不足，本文采用數(shù)值模擬方法對(duì)輥壓成形出的微溝槽表面進(jìn)行減阻性能研究，對(duì)比分析不同形狀微溝槽表面流體的流動(dòng)特性和減阻效果，為設(shè)計(jì)出減阻效果更加優(yōu)越的微溝槽形狀提供依據(jù)。本文主要研究?jī)?nèi)容如下： 1.驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性，取α=60o、s=0.5mm、h=0.433mm三角形微表面在10m/s來流速度下進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，所得光滑平板表面的摩擦阻力系數(shù)與理論計(jì)算值非常接近，證明本文的數(shù)值模擬具有較高的精度和準(zhǔn)確性。 2.分析微溝槽對(duì)近壁區(qū)流動(dòng)狀態(tài)的影響，以α=60o、s=0.5mm、h=0.433mm三角形微溝槽的計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，，分析了微溝槽表面的壁面剪切力、壓差阻力、速度場(chǎng)、湍流強(qiáng)度、湍動(dòng)能、湍流耗散率。微溝槽近壁區(qū)的速度梯度及壁面剪切力小于光滑表面；光滑表面壓差阻力為0，微溝槽迎風(fēng)面和背風(fēng)面存在壓力差，壓差阻力大于光滑表面；綜合作用的效果，總阻力在一定速度下小于光滑表面；微溝槽表面的湍動(dòng)能、湍流強(qiáng)度、湍流耗散率均小于光滑表面，流動(dòng)特性穩(wěn)定。來流速度越大微溝槽壁面剪切力、壓差阻力、湍動(dòng)能、湍流強(qiáng)度、湍流耗散率也越大。 3.探究微溝槽表面的減阻機(jī)理：微溝槽表面的存在改變了邊界層的流動(dòng)狀態(tài)，谷底形成了穩(wěn)定的低速漩渦，降低了湍流能量的傳輸，抑制了湍流的促發(fā)，并使氣流與壁面的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變成滾動(dòng)摩擦，起到了類似“滾動(dòng)軸承”的作用，減小了剪切應(yīng)力。微溝槽表面的粘性底層厚度大于光滑表面粘性底層厚度，穩(wěn)定流動(dòng)區(qū)域相對(duì)較大，且微溝槽僅對(duì)邊界層的流體影響較大，對(duì)外層流場(chǎng)沒有影響。 4.分析微溝槽形狀對(duì)減阻效果的影響。在10m/s來流速度下對(duì)16種不同形狀的微溝槽表面進(jìn)行數(shù)值模擬研究。結(jié)果顯示，不同形狀的微溝槽表面均具有減阻效果，微溝槽內(nèi)均產(chǎn)生了明顯的漩渦，粘性底層基本相同且均大于光滑表面粘性底層厚度，穩(wěn)定流動(dòng)區(qū)域相對(duì)較大，低速條帶的數(shù)目較多。三角形和梯形微溝槽剪切力較大，方形和半圓形微溝槽壓差阻力較大，由于微溝槽的減阻能力是剪切力與壓差阻力的綜合作用，結(jié)果表現(xiàn)為三角形微溝槽和梯形微溝槽減阻效果較好，波浪形和半圓形微溝槽減阻效果較差。近壁區(qū)波浪形和半圓形微溝槽表面的湍動(dòng)能和湍流強(qiáng)度較大，谷底和尖頂之間的能量和動(dòng)量傳輸較激烈，這是與其他形狀微溝槽相比減阻效果較差的原因。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG306

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 宋保維;劉占一;胡海豹;黃明明;黃橋高;馬驥;;光滑和脊?fàn)畋砻嫱牧鬟吔鐚恿鲌?chǎng)對(duì)比試驗(yàn)研究[J];兵工學(xué)報(bào);2009年06期

2 王晉軍;溝槽面湍流減阻研究綜述[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);1998年01期

3 馮宜彬;過學(xué)迅;;FLUENT在汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究中的應(yīng)用[J];北京汽車;2008年02期

4 李伯奎,劉遠(yuǎn)偉;表面粗糙度理論發(fā)展研究[J];工具技術(shù);2004年01期

5 胡志清;王博;王偉;Xun Chen;;輥壓成形板材表面微結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬研究[J];鍛壓技術(shù);2014年02期

6 徐中;趙軍;吳正華;石彗榮;;凹坑形非光滑表面的減阻性能分析[J];航空精密制造技術(shù);2009年01期

7 張家方,于秀榮;飛機(jī)表面薄膜減阻技術(shù)的發(fā)展[J];航空科學(xué)技術(shù);1995年04期

8 邱宇辰;劉克松;江雷;;花生葉表面的高黏附超疏水特性研究及其仿生制備[J];中國(guó)科學(xué):化學(xué);2011年02期

9 任露泉;;地面機(jī)械脫附減阻仿生研究進(jìn)展[J];中國(guó)科學(xué)(E輯:技術(shù)科學(xué));2008年09期

10 王晉軍,苗福友,鈕珍南,薛啟智;后緣噴流對(duì)三角翼前緣渦的影響[J];空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào);2000年02期

本文編號(hào)：1217895