超疏水表面廣泛存在于自然界很多種動植物中,是基于仿生技術快速發(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,研究超疏水表面對鈍體繞流的減阻作用和對流動特性的影響,對節(jié)省能源和控制流動具有重要意義。本文采用數(shù)值模擬的方法,探索了超疏水表面對鈍體繞流的影響。首先,本文從實驗、理論以及數(shù)值研究的角度詳述了超疏水表面的國內外研究現(xiàn)狀,同時也介紹了四種目標流動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)這兩種方法在流動總體特征上具有一定的相似性與相關性,在掌握相關特征的前提下可進行一定的轉換。結果顯示,超疏水表面的滑移長度、氣液比和形貌周期值越大,超疏水表面的減阻性能越強。同時,圓柱所受到的時均阻力系數(shù)和渦脫落頻率也隨著表面滑移長度單調變化。隨后研究了超疏水表面對旋轉作用下圓柱繞流的影響,獲得了超疏水表面對渦脫落現(xiàn)象、渦脫落頻率、流場特性以及重要流動參數(shù)如升、阻力系數(shù)等的影響規(guī)律。結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】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

高精度電子顯微鏡下荷葉表現(xiàn)的蠟質粗糙結構

1 緒論.1 超疏水表面流動的研究現(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植物當中[1, 2]。1997 年，Beinhuis[3]通過電子顯微鏡，觀察到荷葉表面的蠟質微觀結構,如圖 1.1 所示結構在加熱熔化后，荷葉會相失去超疏水性，說明這些微觀結構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構而加強。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構一般分為兩大類：規(guī)則和不規(guī)則，不規(guī)圖 1.1 中所示，而規(guī)則表面微觀結構的超疏水表面如圖 1.2 所示。

力場、渦分離角和尾渦結構。2018 年， Huang 等通過計算發(fā)現(xiàn)，在低雷諾數(shù)和較小的有效滑移長度下，流體經(jīng)過圓柱產(chǎn)生的阻力主要是粘性阻力；但當這兩個量逐步增大，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動等。因而，鈍體繞流是流體力學中的一個基本科學問題。同時，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)，因此會給鈍體帶來垂直于流動方向的較大的波動壓力，這可能會導致結構振動、聲噪音或共振，進而給工程帶來破壞，比如，懸索橋在風力的作用下產(chǎn)生共振并繼而斷裂[49]。因此研究鈍體繞流對減少工程上的破壞具有實際的意義，同時研究鈍體繞流的減阻機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】：
期刊論文
[1]超疏水材料表面液—氣界面的穩(wěn)定性及演化規(guī)律[J]. 呂鵬宇,薛亞輝,段慧玲.  力學進展. 2016(00)
[2]超疏水表面流場特性及減阻規(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. 2014(Z1)
[3]凹腔支板尾緣渦脫落頻率試驗研究[J]. 吳迪,金捷,季鶴鳴,徐勝金.  航空發(fā)動機. 2011(04)
[4]具有微納結構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.  中國科學:物理學 力學 天文學. 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.  潤滑與密封. 2009(09)



本文編號：3099657