本文采用熱線實(shí)驗(yàn)和大渦模擬數(shù)值計(jì)算方法,對三角形肋條的局部摩擦阻力和表面流場進(jìn)行了測量和模擬,并對肋條的減阻機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在整體減阻情況下,肋條表面局部摩擦阻力在展向位置分布不均勻,在肋尖附近區(qū)域?yàn)榫植吭鲎鑵^(qū),在肋底附近為局部減阻區(qū)。在此基礎(chǔ)上,通過渦動力學(xué)分析建立了局部摩擦力和流場渦運(yùn)動之間的理論關(guān)系式,定量得出法向渦量和展向渦量的擴(kuò)散流率是決定壁面摩擦阻力的兩個(gè)因素。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),法向渦量和展向渦量的擴(kuò)散流率主要集中在肋尖及其兩側(cè),使得該區(qū)域能量輸運(yùn)和耗散強(qiáng)烈,形成局部增阻區(qū)。而在肋底附近,法向渦量和展向渦量的擴(kuò)散流率較小,渦運(yùn)動微弱,形成局部減阻區(qū)。 

【文章來源】：工程熱物理學(xué)報(bào). 2020,41(02)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖１實(shí)驗(yàn)平臺和實(shí)驗(yàn)板示意圖（單位：ｍｍ）??Ｆｉｇ．?１?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｅｓｔ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?（ａ）?ａｎｄ?ｔｅｓｔ?ｐｌａｔｅ?（ｂ）??（Ｕｎｉｔ：?ｍｍ）??表１為相關(guān)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，其中知９為邊界層厚??度，孖為形狀因子，ｉ？ｅｒ?＝?Ｍｊ／ｖ為基于壁面摩擦速??度計(jì)算的雷諾數(shù)

張子良等：肋條湍流減阻機(jī)理的研究??３３７??２期??向），之（展向）方向的長度分另丨Ｊ為２丌＜５?ｘ?２占ｘ?０．３丌流??向和展向采用周期性邊界條件，上下壁面采用無滑??移條件。上壁面為光滑表面，下壁面為肋條表面。計(jì)??算的入流條件和肋條形狀與實(shí)驗(yàn)相同。雷諾數(shù)也相??近（光滑表面和肋條表面開ｅｒ分別為５２２和５０４）。??計(jì)算網(wǎng)格采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，在壁面附近進(jìn)行加??密處理，肋條近壁區(qū)網(wǎng)格分布如圖２（ｂ）所示，ａ?ｙ、ｚ??方向的網(wǎng)格數(shù)分別為１０１ｘ１１７ｘ９６０，其中Ａａ；＋?＝??３２，?Ａｚ＋二０．５，?Ａｙ＋?＝?０．５３？１７．５，滿足大渦模擬精??細(xì)化計(jì)算要求１１１１。??（ｂ）肋條近壁區(qū)網(wǎng)格??圖２計(jì)算域和肋條近壁區(qū)網(wǎng)格分布??Ｆｉｇ．?２?（ａ）?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｄｏｍａｉｎ；?（ｂ）?Ｇｒｉｄ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｎｅａｒ??ｔｈｅ?ｒｉｂｌｅｔ?ｓｕｒｆａｃｅ??３局部減阻率及流場分布??３．１局部減阻率分布??通過黏性子層的速度分布可以得到肋條表面和??光滑表面的壁面摩擦力ｔＶ和＆，肋條減阻率可由下??式得到：??ＤＲ＝＾ｘ?１００％?＝?Ｔｒ：?Ｔｓ．?ｘ?１００％?（１）??ｒｓ?ｔｓ??肋條表面不同展向位置的局部減阻率的計(jì)算值??如圖３所示。??ｚ／ｓ??圖３局部減阻率沿展向位置分布??Ｆｉｇ．?３?Ｌｏｃａｌ?ｄｒａｇ?ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ?ａｌｏｎｇ?ｓｐａｎｗｉｓｅ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??由局部減阻率分布可以得到肋條整體減阻，結(jié)??果顯示，實(shí)驗(yàn)中肋條整體減阻為６．２３％，計(jì)算中肋條??整體減阻為６．７５％，肋條無量綱尺寸為紂＝１５．８。??進(jìn)一

３３８??工程熱物理學(xué)報(bào)??４１卷??（ｂ）揣流度分布??圖４平均速度剖面和湍流度分布??（一計(jì)算值，？?？？實(shí)驗(yàn)值）??Ｆｉｇ．?４?（ａ）?Ｍｅａｎ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；?（ｂ）?Ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ?ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ??ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?（—?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ，?？?？?？?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ）??應(yīng)用Ｓｔｏｋｅｓ?Ｔｈｅｏｒｅｍ將摩擦阻力ｔ和展向截面??５■內(nèi)相關(guān)物理量建立聯(lián)系：??Ｊ）?ｒ?？?ｄｌ?＝?ｆ?（ｎｓ?ｘ?Ｖ）?■?ｒｄ＊？?（２）??Ｊｏｓ?Ｊ?ｓ??摩擦阻力Ｔ與渦量關(guān)系為：??ｔ?＝?／ｉ?（ｕ；?ｘ?ｎｒ）?（３）??由式（２）、（３）可得：??（ｐ?ｒ?？?ｄｌ?＝?／?（ｎｓ?ｘ?Ｖ）?？?／ｘ?（ｕ；?ｘ?ｎｒ）?ｄＳ?（４）??ＪｄＳ?Ｊ?Ｓ??在Ｘ方向，可得出壁面摩擦阻力ｈ為：??．，ｄｕｊｚ??ｓｍａ?＋?／ｉ——??〇ｙ??ｃｏｓ?ａ??ｄ５??肋底ｚ／ｓ?＝?０；局部增阻區(qū)：肋尖ｚ／ｓ?＝?０．５）。從圖中??可以看出，計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)吻合較好。同時(shí)肋底附??近平均速度和湍流強(qiáng)度很小，說明該區(qū)域附近湍流??運(yùn)動較弱，流動趨于靜止?fàn)顟B(tài)，而肋尖附近平均速??度和湍流強(qiáng)度較強(qiáng)，說明該區(qū)域附近湍流運(yùn)動劇烈。??同時(shí)＾？于光滑表面，湍流強(qiáng)度的最大值大于肋底和??肋尖，與前人得出的結(jié)論相同［１２１。??４渦動力學(xué)分析??４．１理論推導(dǎo)??為了研究渦運(yùn)動與壁面摩擦阻力的關(guān)系，進(jìn)而??解釋肋條在不同展向位置局部減阻率的分布規(guī)律，??下面采用渦動力學(xué)方法對肋條表面流場進(jìn)行理論分??析。如圖５所示，在肋條展向位置截取展向截面


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