隨著能源短缺的日益加劇,節(jié)能降耗成為國家所關(guān)注的重要問題。管道運輸中需要克服壁面摩擦阻力做功,摩擦阻力做功占到全部管道運輸消耗70%以上,管道運輸作為石油天然氣運輸?shù)闹饕侄螌κ澜绲哪茉聪挠兄匾绊�。學者發(fā)現(xiàn)動植物的非光滑表面結(jié)構(gòu)能夠降低流體的摩擦阻力,通過對海豚、鯊魚、荷葉表面的微結(jié)構(gòu)分析,仿生出了一系列非光滑表面的減阻結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的光滑表面相比,表現(xiàn)出優(yōu)越的減阻性能,非光滑表面減阻研究表現(xiàn)出巨大的研究前景。本文基于前人的理論研究背景,以氣流推動水面波紋形成的異形結(jié)構(gòu)為原型,通過簡化抽象提取得到一種大寬深比的類擺線結(jié)構(gòu)。借助三維CAD軟件完成結(jié)構(gòu)造型后,依據(jù)實際管道運輸環(huán)境建立CFD數(shù)值模型,模擬結(jié)果與理論計算值進行對比,結(jié)果顯示相對誤差小于0.5%。依據(jù)實際工況,設(shè)定三種流速的仿真對比,對不同結(jié)構(gòu)尺寸模型進行了仿真模擬。為了研究不同結(jié)構(gòu)尺寸下的減阻效能,使用正交分析法進行分析。得到異形隨行波單元尺寸因素對全阻力影響的主次順序為深度、寬深比(寬度與深度之比)、偏心比(偏心距與寬度之比)。結(jié)合極差與方差分析可以得到,深度與寬深比對減阻效能都起到了決定性的作用,在流速15m/s...

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.2“二次渦”減阻機理示意圖[62l

向下游移動時會逐漸拉長，形成一個類似馬蹄形的渦，馬定下來，形成一個橫向渦和一組順流向反向渦對，這些渦表面距離壁面更高，使得近壁面流體粘性底層厚度增大。制湍流猝發(fā)，減小湍流強度，減少湍流不穩(wěn)定渦旋對近壁擦阻力。下圖１．２為“二次渦’’示意圖。??

圖1.3“突出高度”減阻機理示意圖[631

的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)??前人的理論研究，通過觀察空氣擾動的沙丘與水面隨行波結(jié)構(gòu)，以管道運輸實況為背景，設(shè)計相應(yīng)的這種新型結(jié)構(gòu)的潛在減阻可能性。同時對其可能的減其可能的減阻機理，指導實際工程應(yīng)用。??要研宄內(nèi)容如下：??用仿生學與流體力學理論，設(shè)計新型隨行波結(jié)構(gòu)并確維設(shè)訃軟件，川高次多....

圖2.1仿生隨行波表面的簡化造型流程

本章意圖尋找新的隨行波類減阻形隨行波表面減阻特性進行研宄。??表面的簡化造型??意來源于自身工程實際背景的需要，通過目標其它結(jié)構(gòu)。本文的研宄目的是尋找降低表面是保證最終設(shè)計結(jié)構(gòu)能夠達到目標要求的關(guān)

圖23異形隨行波結(jié)構(gòu)單元示意圖

結(jié)合流體力學理論，提出了一種大寬深比的波浪形結(jié)構(gòu)，如圖２．３。其中Ａ為隨??行波結(jié)構(gòu)波峰到波谷的高度，Ｍ，為結(jié)構(gòu)波峰之間的寬度，ｅ為結(jié)構(gòu)最深點與結(jié)構(gòu)??中心的距離。針對這種具有偏心距的波浪型外形，本文采用高次多點樣條曲線來??擬合。由于木文設(shè)計結(jié)構(gòu)的大寬深比的特點，故采用９點控制....

本文編號：3962223