【摘要】：本文從水下航行體對高效減阻技術(shù)的迫切需求出發(fā),借助先進(jìn)的數(shù)值模擬技術(shù),并輔以原理性試驗(yàn)驗(yàn)證,建立近壁湍流邊界層精細(xì)流動結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與摩擦阻力的相關(guān)關(guān)系,揭示仿生壁面減摩阻技術(shù)的作用機(jī)理和規(guī)律,為新型仿生減阻技術(shù)的研發(fā)提供技術(shù)支撐和理論基礎(chǔ)。論文首先對仿生減阻技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了評述,對目前存在的主要問題進(jìn)行了分析和討論。其次建立了基于MEMS的剪應(yīng)力水下測量技術(shù),完成了MEMS剪應(yīng)力傳感器陣列水下標(biāo)定及平板基準(zhǔn)檢驗(yàn)試驗(yàn)研究,并應(yīng)用于SUBOFF潛艇模型剪應(yīng)力測量水池試驗(yàn),為開展仿生壁面湍流精細(xì)流動結(jié)構(gòu)數(shù)值計(jì)算提供了有效的試驗(yàn)驗(yàn)證手段。開發(fā)了一種適用于仿生微結(jié)構(gòu)表面精細(xì)流動結(jié)構(gòu)模擬的LES數(shù)值計(jì)算方法,提出了能分辨湍流邊界層流動中發(fā)卡渦空間尺度和猝發(fā)時間尺度的LES網(wǎng)格尺度選擇準(zhǔn)則,實(shí)現(xiàn)了高雷諾數(shù)下仿生微結(jié)構(gòu)表面流動的全域計(jì)算;并通過MEMS剪應(yīng)力測試結(jié)果以及國外相關(guān)試驗(yàn)和直接數(shù)值模擬結(jié)果驗(yàn)證,為開展仿生微結(jié)構(gòu)減阻機(jī)理研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了有效的技術(shù)手段�；诮牧骼碚摵偷湫头律诿鏈p摩阻機(jī)理的研究成果,分析提取了仿生壁面湍流邊界層相干結(jié)構(gòu)特征參數(shù)以及其中對壁面摩阻起決定作用的顯著性參數(shù),探討了壁面摩阻與平均流及相干結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的相互關(guān)系,為仿生微結(jié)構(gòu)表面減阻機(jī)理的量化研究和設(shè)計(jì)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)�；谏鲜隼碚摲治龊烷_發(fā)的LES方法,計(jì)算并分析了溝槽和隨行波兩種典型減阻表面的精細(xì)流動結(jié)構(gòu)和減阻機(jī)理,獲得了近壁流動特別是相干結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)變化規(guī)律,定量地揭示了這兩種仿生表面的不同減阻機(jī)理,為仿生減阻表面微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供技術(shù)指導(dǎo)。最后提出了耦合優(yōu)化溝槽和隨行波減摩阻機(jī)理的復(fù)合型減摩阻表面微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)一種仿生魚鱗形復(fù)合減阻表面,分析評估其減阻效果,并驗(yàn)證了所提出的減摩阻思路、仿生復(fù)合表面減摩阻的設(shè)計(jì)思想,以及初步建立的近壁湍流結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與壁面摩阻的關(guān)系,相關(guān)成果為新型仿生減摩阻技術(shù)的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1-1 海豚皮膚結(jié)構(gòu)圖[AD-A250933]另一個熱點(diǎn)是游動快速靈活并且體型龐大的過研究發(fā)現(xiàn)鯊魚表皮呈現(xiàn)肋條狀和鱗片狀的十分優(yōu)良[32]。此后，研究人員對之開展了大acker[33]等德國科學(xué)家觀測發(fā)現(xiàn)，鯊魚身體各看呈較明顯的溝槽形狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以的摩擦阻力顯著降低，因此鯊魚得以快速游微小的肋條狀鱗片結(jié)構(gòu)，可以減小游動時所認(rèn)為，肋條狀鱗片結(jié)構(gòu)所形成的縱向溝槽，限邊界層的結(jié)構(gòu)，從而降低了摩擦阻力。試技術(shù)的發(fā)展，尤其是光學(xué)以及高精度傳感到了一個嶄新的階段，目前主要有以下幾類

仿生壁面減阻機(jī)理及表面微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究 ：基于數(shù)字 PIV 技術(shù)、環(huán)境電子掃描顯微鏡技術(shù)等多種動物行為參數(shù)的精確測定。此種方法也是目：此種方法適用于室外研究，優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)針對性強(qiáng)較低，，測定過程容易受到水體的干擾。方法既可以用于野外研究，也可用于室內(nèi)研究�？傃芯恐凶畛Ｓ梅椒�。這種試驗(yàn)方法優(yōu)點(diǎn)在于試驗(yàn)重可作為現(xiàn)場試驗(yàn)的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國艦船研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O357.5

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 蔡書鵬;;表面活性劑水溶液的減阻機(jī)理分析[J];湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2010年04期

2 蔡書鵬;鈴木洋;菰田悅之;;非離子表面活性劑在水流中的減阻機(jī)理[J];實(shí)驗(yàn)流體力學(xué);2011年06期

3 潘光;郭曉娟;胡海豹;;半圓形隨行波表面流場數(shù)值仿真及減阻機(jī)理分析[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2006年11期

4 竇國仁;楊樹清;;高分子聚合物減阻流的減阻機(jī)理及其紊動能譜[J];水利水運(yùn)科學(xué)研究;1989年04期

5 何鐘怡;高分子稀溶液減阻機(jī)理的研究進(jìn)展[J];水動力學(xué)研究與進(jìn)展(A輯);1993年04期

6 邵雪明,林建忠;高聚物減阻機(jī)理的研究綜述[J];浙江工程學(xué)院學(xué)報(bào);2001年01期

7 楊小鋒;陳艷燕;;管道壁面修飾減阻機(jī)理的數(shù)值模擬[J];力學(xué)與實(shí)踐;2013年06期

8 鄒履泰;三相流的流變特性及減阻機(jī)理的試驗(yàn)研究[J];泥沙研究;1996年02期

9 黃橋高;潘光;武昊;胡海豹;宋保維;;超疏水表面減阻水洞實(shí)驗(yàn)及減阻機(jī)理研究[J];實(shí)驗(yàn)流體力學(xué);2011年05期

10 霍國勝,夏德宏;液體沿固體壁面滑移減阻機(jī)理分析[J];油氣儲運(yùn);1998年12期

相關(guān)會議論文 前3條

1 嚴(yán)碩;張曉天;刁曉偉;朱磊磊;單如月;;海豚減阻機(jī)理研究[A];北京力學(xué)會第17屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

2 姜楠;管新蕾;成璐;;高分子溶液壁湍流減阻機(jī)理的TRPIV測量研究[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

3 譚廉華;任玉新;;壁面展向彎肋條的槽道湍流減阻機(jī)理研究[A];第七屆全國流體力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 特約記者 王宏偉;女博導(dǎo)和屎殼郎[N];協(xié)商新報(bào);2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 卓長飛;炮彈底部排氣減阻機(jī)理研究[D];南京理工大學(xué);2016年

2 謝華;仿生壁面減阻機(jī)理及表面微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究[D];中國艦船研究院;2017年

3 黃樂萍;壁湍流的展向運(yùn)動減阻機(jī)理研究[D];南京理工大學(xué);2012年

4 顧春元;石油儲層微孔道納米減阻機(jī)理研究[D];上海大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 柴雅彬;西氣東輸工程管道壁面涂料減阻機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究[D];天津大學(xué);2004年

2 莊凱;振動理論在機(jī)組及耕作機(jī)具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D];河南科技大學(xué);2013年

本文編號：2555161