凹坑形仿生非光滑表面的減阻性能研究.pdf

1、本文基于工程仿生學研究的基本方法，將動物表面信息抽象為凹坑形仿生非光滑形態(tài)，建立了仿生非光滑表面模型，計算了多個速度下該非光滑表面的減阻效果并對其減阻機理進行了研究。 傳統(tǒng)的減阻研究主要采用風洞實驗方法，但是它耗資大、實驗條件控制困難，為了縮短開發(fā)周期，降低成本，本文用數(shù)值計算的方法，對凹坑形非光滑表面流場進行細微的研究，探討其減阻機理，研究凹坑單元尺寸和來流速度對減阻效果的影響，為設(shè)計出更加有效的非光滑形態(tài)提供理論依據(jù)。

2、 本文共設(shè)計了4種不同尺寸的凹坑非光滑形態(tài)，對不同來流速度下的多種流場進行了模擬。首先確定凹坑形單元的結(jié)構(gòu)和尺寸，采用四面體的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對模型進行離散化處理，滿足了各個表面的網(wǎng)格劃分要求。在數(shù)學模型上，選用標準k-ε湍流模型使N-S方程封閉；為了精確地計算壁面附近的流場，近壁面區(qū)采用低雷諾數(shù)下的的標準k-ε模型；運用二階迎風格式保證了運算的精度。通過比較凹坑形非光滑表面和光滑表面湍流邊界層的流動特性，對凹坑形表面的減阻機理進行研究。

3、 通過計算，本文得到了如下定性及定量的結(jié)論：(1)與光滑表面相比，凹坑非光滑表面上的壓差阻力略微增大，但是摩擦阻力得到了很大程度的降低，故總阻力降低；(2)凹坑高徑比為0.5的情況下，凹坑直徑為0.8mm的非光滑表面比直徑為1.0mm的表面具有更好的減阻效果，最高減阻率為7.20％；(3)凹坑直徑為0.8mm時，凹坑高徑比對減阻效果影響不大，各個模型的最大減阻率都達到了7％以上；(4)對非光滑表面邊界層內(nèi)的流場進行了研究，發(fā)現(xiàn)凹坑