非光滑表面微气泡减阻特性的数值研究
发布时间：2020-10-11 05:29
航行体自身有限的体积与重量限制了其携带有限量的气体。为满足其长时间的航行过程中能有足够的微气泡维持减小行进中的阻力,低通气量下提升减阻率的研究就显得尤为重要,这样在减小行进阻力的同时也降低了能量的消耗。本文针对平板的表面状态对微气泡的减阻效果进行了探索研究。以带有粗糙表面区域的平板的表面状态为研究对象,利用Weierstrass-Mandelbrot(W-M)分形函数生成了粗糙度值Ra=25、45和75共3种不同粗糙度的粗糙表面的表面轮廓曲线。采用大涡模型和Mixture多相流模型相结合的方式分别对不同粗糙度以及粗糙表面处于不同位置时的平板湍流边界层流动进行了数值模拟。湍流边界层模拟的雷诺数Reθ=1430,并且在计算域的速度入口处添加三维速度扰动方程以缩短边界层内流体流动从层流向湍流转捩的距离,其中扰动方程的扰动参数参考文献中相同雷诺数下光滑平板微气泡数值模拟的参数值。研究结果显示,带有粗糙表面的平板的阻力除了与光滑平板一样随着入口处通气量的增加而减小之外,其阻力的减小量与光滑平板有些许的差别。与光滑平板在相同通气条件下的减阻率相比,带有粗糙表面的平板的减阻率随着入口处通气量的增大呈现先减小后增大的变化趋势,且由于边界层内微气泡的含量的增大,粗糙表面对流场的影响将逐渐减小。粗糙表面在入口处的通气体积分数Φv,in=0.1时的减阻率为15.9%,比光滑平板在相同通气状态下的减阻量高出1.5%;而Φv,in=0.2、0.3时,粗糙表面的减阻率要小于光滑平板下的减阻率。粗糙表面在流场中相对于速度入口的位置从4δ变化到7δ时发现,在通气状态下,粗糙表面距离入口越远,在其下游处平板的减阻效果越好。在Φv,in=0.3时,位于7δ位置处的粗糙表面的减阻量达到51.9%比粗糙表面在4δ时的减阻量高12.1%。与此同时,在Φv,in=0.3,表面粗糙度Ra75粗糙表面的减阻量高于另外两种粗糙度较小的粗糙表面的减阻量,并且此时的减阻率随着粗糙度的增大有继续增大的趋势,但变化的程度较小。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U661.311
【部分图文】：
δ 为轮廓最小尺度。2.2.1 轮廓曲线平整度的影响因素为了更好地模拟粗糙表面的轮廓曲线，我们首先对 W-M 函数中影响轮廓高度和形貌的参数进行了探究。表 2-1 W-M 函数系数表G D γ Ls δ0.5 1.2 1.5 0.008 0.00030.5 1.4 1.5 0.008 0.00030.5 1.8 1.5 0.008 0.00030.1 1.8 1.5 0.008 0.00030.9 1.8 1.5 0.008 0.00030.9 1.8 1.5 0.008 0.00020.9 1.8 1.5 0.008 0.0001如表 2-1 所示，在其他参数值固定的情况下我们分别改变特征尺度系数 G、分形维数 D 以及轮廓最小尺度 δ 的大小获得其对应的 W-M 函数图像如图 2-1至 2-3 所示。a)b)
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文杂程度也有一定的增加，即在 D 的数值较大的情况下的时多。由此可见，分形维数同时影响着轮廓的高度和轮且在轮廓高度较高时，其细节部分也相对较为复杂，这表面的粗糙程度和轮廓的复杂程度是相符合的。 中的 b)图展示的是不同特征尺度系数时轮廓曲线的变化发现，随着特征尺度系数的增大，轮廓高度也随之增大程度并没有明显的变化。故可以认为尺度特征系数 G 只显的影响。 展示的是轮廓曲线随轮廓最小尺度的变化情况。从图中越小，意味着单位水平轮廓尺度所包含轮廓幅值的信息线变得越为复杂。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文到的三种不同非光滑表面的粗糙度值分别为 75、45 以及 25，具体的轮廓如表 2-2 所示。表 2-2 不同粗糙度下 W-M 函数系数表Ra G D γ Ls δ75 4.0958e-06 1.625 1.5 0.008 0.00045 4.0958e-06 1.702 1.5 0.008 0.00025 4.0958e-06 1.793 1.5 0.008 0.000根据产品几何技术规范国家标准的应用规范[33,34]，在 Ra 大于 10 的情的取样长度取值为 8 mm，在本文中与 Ls 的值对应。在测量 Ra 时，如果表均匀性较好则一般选取的长度可小于 5Ls,当表面的均匀性较差的时候，选长度则应大于 5Ls。本文在采用折中的方式，即粗糙表面轮廓的长度选取为
【参考文献】
本文编号：2836138
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U661.311
【部分图文】：
δ 为轮廓最小尺度。2.2.1 轮廓曲线平整度的影响因素为了更好地模拟粗糙表面的轮廓曲线，我们首先对 W-M 函数中影响轮廓高度和形貌的参数进行了探究。表 2-1 W-M 函数系数表G D γ Ls δ0.5 1.2 1.5 0.008 0.00030.5 1.4 1.5 0.008 0.00030.5 1.8 1.5 0.008 0.00030.1 1.8 1.5 0.008 0.00030.9 1.8 1.5 0.008 0.00030.9 1.8 1.5 0.008 0.00020.9 1.8 1.5 0.008 0.0001如表 2-1 所示，在其他参数值固定的情况下我们分别改变特征尺度系数 G、分形维数 D 以及轮廓最小尺度 δ 的大小获得其对应的 W-M 函数图像如图 2-1至 2-3 所示。a)b)
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文杂程度也有一定的增加，即在 D 的数值较大的情况下的时多。由此可见，分形维数同时影响着轮廓的高度和轮且在轮廓高度较高时，其细节部分也相对较为复杂，这表面的粗糙程度和轮廓的复杂程度是相符合的。 中的 b)图展示的是不同特征尺度系数时轮廓曲线的变化发现，随着特征尺度系数的增大，轮廓高度也随之增大程度并没有明显的变化。故可以认为尺度特征系数 G 只显的影响。 展示的是轮廓曲线随轮廓最小尺度的变化情况。从图中越小，意味着单位水平轮廓尺度所包含轮廓幅值的信息线变得越为复杂。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文到的三种不同非光滑表面的粗糙度值分别为 75、45 以及 25，具体的轮廓如表 2-2 所示。表 2-2 不同粗糙度下 W-M 函数系数表Ra G D γ Ls δ75 4.0958e-06 1.625 1.5 0.008 0.00045 4.0958e-06 1.702 1.5 0.008 0.00025 4.0958e-06 1.793 1.5 0.008 0.000根据产品几何技术规范国家标准的应用规范[33,34]，在 Ra 大于 10 的情的取样长度取值为 8 mm，在本文中与 Ls 的值对应。在测量 Ra 时，如果表均匀性较好则一般选取的长度可小于 5Ls,当表面的均匀性较差的时候，选长度则应大于 5Ls。本文在采用折中的方式，即粗糙表面轮廓的长度选取为
【参考文献】
相关期刊论文 前8条
1 付细能;张敏弟;邵峰;王国玉;;平板通气气液两相流流动的实验研究[J];船舶力学;2014年Z1期
2 彭世冲;董彦非;阴小晖;;二维非光滑凹坑面减阻性能数值仿真分析[J];系统仿真学报;2014年01期
3 陈显文;孙江龙;;基于大涡模拟的槽道微气泡减阻数值模拟[J];船海工程;2011年06期
4 曹慧哲;蔡伟华;朱蒙生;高杰强;李彪;;二维近似船底模型微气泡减阻数值模拟[J];节能技术;2010年06期
5 张程宾;陈永平;施明恒;付盼盼;吴嘉峰;;表面粗糙度的分形特征及其对微通道内层流流动的影响[J];物理学报;2009年10期
6 李育;;粗糙度测量中取样长度、评定长度的合理选用[J];东方电机;2007年04期
7 郑晓伟;王家楣;曹春燕;;二维船舶微气泡减阻数值模拟[J];船舶工程;2005年06期
8 宋保维,黄景泉;微气泡降低平板阻力的研究[J];水动力学研究与进展;1989年04期
相关硕士学位论文 前2条
1 李勇;船舶微气泡减阻机理研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 高杰强;高速船舶微气泡减阻数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
本文编号：2836138
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/chuanbolw/2836138.html
