超疏水表面廣泛存在于自然界很多種動(dòng)植物中,是基于仿生技術(shù)快速發(fā)展的一種重要表面,研究表明超疏水表面在層流與湍流中都具有減阻作用。在生活、工程與自然界中,存在許多鈍體繞流的現(xiàn)象,研究超疏水表面對(duì)鈍體繞流的減阻作用和對(duì)流動(dòng)特性的影響,對(duì)節(jié)省能源和控制流動(dòng)具有重要意義。本文采用數(shù)值模擬的方法,探索了超疏水表面對(duì)鈍體繞流的影響。首先,本文從實(shí)驗(yàn)、理論以及數(shù)值研究的角度詳述了超疏水表面的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,同時(shí)也介紹了四種目標(biāo)流動(dòng)的基本特征和研究現(xiàn)狀。其次,基于超疏水表面的微觀特征與整體宏觀的滑移特征,本文應(yīng)用了兩種方法數(shù)值模擬了層流下具有超疏水表面的圓柱繞流,并發(fā)現(xiàn)這兩種方法在流動(dòng)總體特征上具有一定的相似性與相關(guān)性,在掌握相關(guān)特征的前提下可進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換。結(jié)果顯示,超疏水表面的滑移長(zhǎng)度、氣液比和形貌周期值越大,超疏水表面的減阻性能越強(qiáng)。同時(shí),圓柱所受到的時(shí)均阻力系數(shù)和渦脫落頻率也隨著表面滑移長(zhǎng)度單調(diào)變化。隨后研究了超疏水表面對(duì)旋轉(zhuǎn)作用下圓柱繞流的影響,獲得了超疏水表面對(duì)渦脫落現(xiàn)象、渦脫落頻率、流場(chǎng)特性以及重要流動(dòng)參數(shù)如升、阻力系數(shù)等的影響規(guī)律。結(jié)果表明最大升力和渦脫落頻率都隨著超疏水表面氣液比的增... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：83 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

高精度電子顯微鏡下荷葉表現(xiàn)的蠟質(zhì)粗糙結(jié)構(gòu)

1 緒論.1 超疏水表面流動(dòng)的研究現(xiàn)狀.超疏水表面超疏水性表面存在于自然界中很多種的動(dòng)植物當(dāng)中[1, 2]。1997 年，Beinhuis[3]通過電子顯微鏡，觀察到荷葉表面的蠟質(zhì)微觀結(jié)構(gòu),如圖 1.1 所示結(jié)構(gòu)在加熱熔化后，荷葉會(huì)相失去超疏水性，說明這些微觀結(jié)構(gòu)形成的粗疏水特性的形成具有重要作用。2004 年，Ou 等[4]發(fā)現(xiàn)疏水表面的疏水性上的微米或納米結(jié)構(gòu)而加強(qiáng)。研究者提出了很多種制造超疏水表面的工[2, 5, 6]，其表面上的粗糙微觀結(jié)構(gòu)一般分為兩大類：規(guī)則和不規(guī)則，不規(guī)圖 1.1 中所示，而規(guī)則表面微觀結(jié)構(gòu)的超疏水表面如圖 1.2 所示。

力場(chǎng)、渦分離角和尾渦結(jié)構(gòu)。2018 年， Huang 等通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在低雷諾數(shù)和較小的有效滑移長(zhǎng)度下，流體經(jīng)過圓柱產(chǎn)生的阻力主要是粘性阻力；但當(dāng)這兩個(gè)量逐步增大，減阻主要來源于壓差阻力的減小。1.2 鈍體繞流在生活、工程與自然界中，存在許多鈍體繞流的現(xiàn)象，如風(fēng)吹過橋梁與高樓、水流過橋墩、氣流經(jīng)過高速行駛的汽車、海洋平臺(tái)受洋流的影響、地面生物受氣流的影響以及游泳、跑步與各種球類體育運(yùn)動(dòng)等。因而，鈍體繞流是流體力學(xué)中的一個(gè)基本科學(xué)問題。同時(shí)，由于鈍體繞流的尾流區(qū)有交替脫落的渦，即經(jīng)典的卡門渦街出現(xiàn)，因此會(huì)給鈍體帶來垂直于流動(dòng)方向的較大的波動(dòng)壓力，這可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動(dòng)、聲噪音或共振，進(jìn)而給工程帶來破壞，比如，懸索橋在風(fēng)力的作用下產(chǎn)生共振并繼而斷裂[49]。因此研究鈍體繞流對(duì)減少工程上的破壞具有實(shí)際的意義，同時(shí)研究鈍體繞流的減阻機(jī)理或方法還有利于節(jié)能減排，創(chuàng)造更好的自然環(huán)境[48]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超疏水材料表面液—?dú)饨缑娴姆�(wěn)定性及演化規(guī)律[J]. 呂鵬宇,薛亞輝,段慧玲.  力學(xué)進(jìn)展. 2016(00)
[2]超疏水表面流場(chǎng)特性及減阻規(guī)律的數(shù)值仿真研究[J]. 黃橋高,潘光,宋保維,劉占一,胡海豹.  船舶力學(xué). 2014(Z1)
[3]凹腔支板尾緣渦脫落頻率試驗(yàn)研究[J]. 吳迪,金捷,季鶴鳴,徐勝金.  航空發(fā)動(dòng)機(jī). 2011(04)
[4]具有微納結(jié)構(gòu)超疏水表面的槽道減阻特性研究[J]. 盧思,姚朝暉,郝鵬飛,傅承誦.  中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2010(07)
[5]超疏水表面的減阻研究[J]. 郝秀清,王莉,丁玉成,葉廣輝,何仲赟,盧秉恒.  潤(rùn)滑與密封. 2009(09)



本文編號(hào)：3099657