仿生超疏水表面滑移流动减阻的数值研究

发布时间：2017-12-02 22:28

  本文关键词：仿生超疏水表面滑移流动减阻的数值研究

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【摘要】：节能减排一直以来都是人类追求的目标,特别是在当今时代全球能源消耗不断上涨的情况下,科学家们已经将越来越多的精力投入到如何有效利用和保护能源的领域上。结合船舶与海洋结构物设计制造,本专业研究人员一直在努力寻找有效的减阻方法。针对这一目标,我们考虑从仿生学的角度出发,在“荷花效应”的基础上来推动船舶减阻技术的发展,超疏水表面仿生学减阻将成为一个前景远大的研究领域。本论文运用计算流体力学的方法对超疏水表面滑移流动减阻进行数值研究。文章从回顾超疏水表面的研究现状和研究方法开始,从不同角度总结了超疏水表面的实验研究方法和超疏水表面的数值研究所取得的主要成果,给出了超疏水表面滑移的基本概念和理论模型。基于以上观点,我们分别研究了三种超疏水表面模型在不同雷诺数下对减阻性能的影响,并从减阻效果、减阻机理、流场特征等方面对模拟结果进行详细分析和探讨;最后,将这三种超疏水表面模型的研究成果应用到船舶减阻方面,进一步探索超疏水表面滑移流动对船舶阻力性能的影响。结果表明,从仿生角度设计的超疏水表面具有优于光滑表面的减阻性能,超疏水表面上存在的自由剪切气液界面是形成减阻的一个主要原因。从流体力学的观点看自由剪切气液界面,实质上就是流体中的滑移边界条件,故在一定程度上可以简化超疏水表面滑移流动的气层模型,并在相应界面中引入滑移速度边界条件。结合船舶阻力性能研究发现,在目前科学发展的高度下,超疏水表面应用在船舶阻力方面能够收到一定程度的减阻效果。对于形状简单瘦长的Wigley船型,最大减阻率可达到27.688%;同样面积的超疏水布置在船中减阻效果最好,其次是船首,最后是船尾。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.311

【参考文献】

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本文编号：1246527