【摘要】：船式拖拉機是中國特有的一種農(nóng)業(yè)機械,其特殊的“浮滑式”工作原理可保護土壤硬底層,特別適用于我國南方復雜多變的水田環(huán)境。然而船式拖拉機作為農(nóng)業(yè)動力裝備,船殼在水田的滑行阻力是作業(yè)需要克服的主要阻力。若能減小船殼的滑行阻力,可以提高工作效率,降低能耗。目前,非光滑表面減阻研究多見于在空氣和水介質(zhì)中阻力特性,對于在非牛頓流體中的減阻特性研究較少。本文通過分析船式拖拉機非光滑表面船殼在非牛頓流體中的阻力特性,探究其減阻性能�；诂F(xiàn)有微觀尺寸非光滑表面結(jié)構(gòu)在牛頓流體中減阻機理,設(shè)計船式拖拉機宏觀非光滑底板船殼,采用實驗測試、模擬仿真以及分析優(yōu)化相結(jié)合的研究思路,對船式拖拉機非光滑表面船殼在非牛頓流體中的減阻性能進行研究。首先建立船式拖拉機非光滑表面船殼流場仿真模型。根據(jù)泥漿流體的流變特性,利用實驗測量泥漿介質(zhì)的流變特性參數(shù),然后根據(jù)邊界層厚度公式,估算非光滑表面結(jié)構(gòu)尺寸。根據(jù)泥漿的流變參數(shù)、非光滑表面形態(tài)、船式拖拉機實際行駛條件和CFD仿真計算的原則,建立流域模型。然后對比仿真計算光滑表面船殼在水介質(zhì)中的阻力與船舶阻力公式計算值,驗證流場仿真模型建立的準確性。其次,利用CFD軟件對各種不同形狀的非光滑表面船殼和光滑表面船殼在不同速度下進行數(shù)值模擬。通過對比非光滑底板船殼和光滑底板船殼摩擦阻力與壓差阻力大小,從摩擦阻力和壓差阻力形成原因分析非光滑表面的減阻或增阻機理,發(fā)現(xiàn)泥漿在宏觀非光滑表面邊界層附近發(fā)生分離,改變了流體的速度梯度,從而產(chǎn)生減阻效果。最后,基于非光滑表面船殼的減阻機理,運用正交因素分析法探究非光滑表面的形狀、尺寸等因素對非光滑表面船殼減阻效果的影響規(guī)律,并優(yōu)化了非光滑表面船殼的結(jié)構(gòu)尺寸使船式拖拉機阻力最小。通過探究船式拖拉機非光滑表面船殼在泥漿介質(zhì)中的減阻特性,本文設(shè)計的新型非光滑表面船殼最大減阻率可達12.95%。這表明本文的研究成果可極大地減少船式拖拉機作業(yè)成本,降低環(huán)境污染,也為其它水田農(nóng)業(yè)動力裝備的節(jié)能減排、低阻高效性能優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。
【學位授予單位】：湖北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S219

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本文編號：2580369