變異卵圓形非光滑表面空氣減阻特性研究.pdf

1、在科技高速發(fā)展的今天，隨著石油、天然氣、煤炭等資源的大量使用，地球上不可再生資源日益減少，能源危機日益嚴(yán)重?，F(xiàn)階段，能源問題對于人類來說至關(guān)重要。目前采取的方法主要有:(1)開發(fā)新能源;(2)提高傳統(tǒng)能源利用率;(3)降低引起能源耗散的因素。第三種方法，現(xiàn)在是處于比較前沿的科學(xué)領(lǐng)域。在該領(lǐng)域，仿生非光滑減阻理論提供了一種全新的解決思路和方法。
　　本文受海浪效應(yīng)、沙漠地形的啟發(fā)，通過數(shù)學(xué)方法提取出相應(yīng)的非光滑減阻結(jié)構(gòu)，基于流體動力

2、學(xué)理論開展非光滑減阻特性研究，尋求最佳減阻單元結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步分析內(nèi)在的減阻機制，為工程實踐提供理論上的減阻依據(jù)。
　　本文以仿生學(xué)理論為基礎(chǔ)，對生物原型進(jìn)行了研究，構(gòu)建了非光滑結(jié)構(gòu)尺寸選擇原則，提取出了變異卵圓形非光滑結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上通過UG軟件構(gòu)建了變異卵圓形結(jié)構(gòu)原型及非光滑表面風(fēng)洞模型。其次論文結(jié)合流體動力學(xué)對實際工況進(jìn)行了分析，通過數(shù)值分析協(xié)同仿真平臺ANSYS Workbench搭建了數(shù)值模擬體系，采用ANSYS M

3、esh模塊對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在fluent模塊中進(jìn)行數(shù)值模擬計算，選擇Realizableκ-ε模型并考慮壁面效應(yīng)，最終通過收斂性驗證符合試驗要求。
　　為了獲取不同尺寸、不同特征非光滑結(jié)構(gòu)具備的減阻效果，采用正交試驗法進(jìn)行試驗設(shè)計，在不同的實際工況條件下進(jìn)行仿真模擬研究。速度參數(shù)由低速向高速以4m/s遞進(jìn)。通過統(tǒng)計學(xué)方法對各因素的重要性進(jìn)行了研究，得到減阻率影響程度從高到低的排序為:半徑a，縱向間距d，半高h(yuǎn)，半軸l;結(jié)合效應(yīng)

4、曲線獲取了最佳非光滑結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)。在半徑和半高的給定范圍內(nèi)，減阻效果與兩者的值大小成正比關(guān)系;而縱向間距則存在中間值使得減阻率最小;半軸在試驗范圍內(nèi)存在中間值使得減阻效果達(dá)到比較理想的狀態(tài)。
　　為了進(jìn)一步挖掘變異卵圓形結(jié)構(gòu)的減阻機理，選取減阻效果較好的實驗組，主要從壁面剪應(yīng)力、湍流統(tǒng)計量、速度場這三個角度展開，每個角度均以實際模擬數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行深入的探討和分析。研究表明非光滑結(jié)構(gòu)可以改變流場的湍流特征，從湍流統(tǒng)計量分析得到該單