基于熵分析的溝槽面平板減阻機理研究.pdf

1、溝槽表面對湍流減阻的影響具有重要的研究價值，因其只單純改變湍流流動特性，且低能耗和高效率而持續(xù)受到關(guān)注。本文利用數(shù)值模擬軟件，以三維溝槽面為分析對象，通過對溝槽表面進行數(shù)值模擬計算，分析溝槽面減阻機理。
　　壁湍流中能量損失主要由流體微團中變形運動與旋轉(zhuǎn)運動共同組成。文章首先從溝槽面對變形運動影響入手，研究其對壁面上黏性阻力、壓差阻力和切應(yīng)力在溝槽平板表面的分布規(guī)律的影響。然后，為進一步探索減阻機理，以湍流中渦結(jié)構(gòu)為出發(fā)點，研究溝

2、槽結(jié)構(gòu)對壁湍流中流體微團旋轉(zhuǎn)運動的影響。結(jié)果表明溝槽結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了二次渦生成，有利于黏性阻力減小，但會導(dǎo)致壓差阻力增加。其次由于溝槽內(nèi)部存在旋渦結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致在近壁區(qū)一定范圍內(nèi)速度梯度較平板表面明顯減小，致使流速層之間切應(yīng)力減小。渦量的大小與速度梯度有著直接的關(guān)系，溝槽表面相比較于平板表面，近壁區(qū)法向距離相同段內(nèi)速度梯度變小，導(dǎo)致渦量明顯減少。這是由于剪切層作用的減弱，渦管的拉伸程度在溝槽平板表面近壁區(qū)明顯降低，使得條帶結(jié)構(gòu)在黏性底層更加穩(wěn)定不

3、易破碎，減少了湍流猝發(fā)的頻率。同時，溝槽面法向上較小的速度變化抑制了展向渦結(jié)構(gòu)在法向方向的旋轉(zhuǎn)，致使展向渦旋轉(zhuǎn)強度減弱，在相同流動距離內(nèi)，流向渦密度減小。
　　采用熵分析方法從另一角度對溝槽表面的湍流減阻機理進行分析研究，考慮到流動中熵產(chǎn)主要來源，首先研究溝槽結(jié)構(gòu)對湍動能和邊界層內(nèi)瞬時速度分布。然后，分別以粘性耗散和湍流耗散引起的熵產(chǎn)為分析點，研究溝槽結(jié)構(gòu)對熵產(chǎn)值的大小與分布情況產(chǎn)生的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)溝槽表面湍動能明顯減小，空間