自適應(yīng)仿生非光滑結(jié)構(gòu)的減阻性能研究.pdf

1、隨著不可再生能源的日益枯竭，低碳環(huán)?？沙掷m(xù)的發(fā)展模式日益深入人心。在大型運(yùn)輸船舶、飛機(jī)及管道運(yùn)輸領(lǐng)域，物體在流場中所受表面粘性阻力在總阻力中比例可達(dá)70％，大量的能源被消耗用以克服表面阻力。減阻技術(shù)的研究具有非常重要的意義。
　　仿生非光滑表面減阻作為流體減阻研究的一個(gè)重要分支，歷經(jīng)數(shù)十年發(fā)展，已取得大量成果。在海豚游動(dòng)過程中，海豚皮膚能感知外部流場條件的變化，并通過神經(jīng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)改變自身的形貌。隨著海豚游動(dòng)速度的提高，海豚皮膚逐漸

2、由光滑狀態(tài)轉(zhuǎn)化為具有一定幾何形狀的非光滑狀態(tài)，并隨海豚皮膚表面外部流場邊界條件的變化而不斷變化。
　　本文以海豚表皮為生物原型，將海豚表皮的真皮嵴結(jié)構(gòu)形狀特征提取為:與來流方向夾角不唯一，以及自適應(yīng)高度變化。探索能在相對(duì)較廣速度域流場內(nèi)保持較好減阻性能的實(shí)用性方案，進(jìn)行了以下兩方面工作。
　　首先，以順流向溝槽減阻技術(shù)的理論成果為切入點(diǎn)，設(shè)定數(shù)值計(jì)算模型，對(duì)不同角度溝槽表面在不同流速下的減阻效果進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明

3、:在與水流方向成不同角度的溝槽中，45°的溝槽減阻性能最差。當(dāng)流速較低時(shí)，順流向及30°溝槽具有較好的減阻效果。流速較高時(shí)，橫向及60°溝槽減阻效果隨流速變化的幅度小于順流向溝槽。
　　此外，結(jié)合目前自適應(yīng)減阻技術(shù)研究的相關(guān)理論成果，設(shè)計(jì)了一種基于非光滑結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)減阻方案，并結(jié)合Fluent軟件中提供的用戶自定義函數(shù)編寫程序?qū)ζ錅p阻性能進(jìn)行了數(shù)值試驗(yàn)分析。數(shù)值計(jì)算結(jié)果論證了該方法對(duì)柔性壁面自適應(yīng)減阻技術(shù)的研究具有一定的參考價(jià)值。