V形沟槽表面结构特征与减阻性能的关联性研究

发布时间：2017-12-07 07:21

  本文关键词：V形沟槽表面结构特征与减阻性能的关联性研究

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【摘要】：随着世界性能源危机日益加剧,节能减排逐渐成为21世纪乃至未来的主题。现实生活中,许多能源消耗问题都与流体流动息息相关。因此,研究湍流减阻技术具有一定科研意义和实用价值。本文从工程仿生学的角度出发,参考海豚、鲨鱼等生物的表皮微结构减阻特性,建立了横向和纵向分布的V形沟槽表面模型。首先,根据平板湍流相关经验公式确定了沟槽尺寸和计算域大小,并利用Fluent软件包进行网格划分、求解条件设定、湍流模型验证等工作。然后,采用数值模拟与试验验证相结合的方法,比较横向沟槽表面和纵向沟槽表面的减阻性能,并重点分析了横向沟槽表面减阻的影响因素。除此之外,还对高低分布不同的横向沟槽表面减阻进行了模拟,分析其在不同流速状况下的减阻性能。最后,通过比较光滑表面和沟槽表面的近壁区边界层流场结构,较为深入的分析了沟槽表面的减阻机理。结果表明：(1)相对于光滑表面,横向沟槽表面和纵向沟槽表面均呈现出一定的减阻性能。速度较低时,纵向沟槽表面的减阻效果相对明显；随着速度的增加,横向沟槽表面呈现出相对良好的减阻稳定性。(2)在本文研究的尺寸和速度范围内,纵向沟槽表面在v=3m/s、沟槽尺寸h=s=0.12mm时减阻效果最好,可达9.61%；横向沟槽表面在v=12m/s、沟槽尺寸h=s=0.02mm时减阻效果最好,可达5.94%。 (3)横向沟槽表面的减阻性能是受来流速度、沟槽尺寸、沟槽个数、分布位置以及沟槽形状等因素共同作用的结果。其中,来流速度、沟槽尺寸、沟槽个数和沟槽形状的影响较大。(4)相对于尺寸单一的横向沟槽表面,具有一定形变规律的沟槽表面减阻效果更优,其中沟槽尺寸从低到高分布时减阻效果明显。(5)纵向沟槽表面顶部存在大量“二次涡”,使得边界层粘性底层厚度增加,剪切应力降低,实现减阻；横向沟槽表面则是在底部存在顺时针漩涡,将来流与壁面之间的滑动摩擦转化为流体与流体之间的滚动摩擦,实现减阻。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB17

【参考文献】

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本文编号：1261579