基于双向流固耦合的柔性表面仿生减阻研究

发布时间：2021-07-28 12:49

　　随着科学技术的发展,低碳环保可持续的理念已深入人心,减阻问题对于机械交通工具的能源消耗具有十分重要的意义。包括汽车、飞机和船舶等在内的交通运输工具,其能量消耗主要来源于摩擦阻力,船舶在航行时,摩擦阻力可达到总阻力的70%,汽车在行驶时,其车身外围所受的流场摩擦阻力最高可达到总阻力的80%。该摩擦阻力的产生主要是由湍流产生的。考虑到柔性表面具有减阻降噪的特点,本文选取聚氨酯弹性体作为柔性材料,主要研究柔性聚氨酯弹性体表面在湍流状态下的减阻效果。本文以海豚表皮为生物原型,将海豚表皮的真皮嵴结构特征提取为:不同流速下,研究柔性聚氨酯弹性体在湍流条件下的减阻效果。以Workbench为背景,采用Transition SST的湍流模型,首先对柔性聚氨酯弹性体光滑平板进行双向流固耦合分析的仿真计算。通过数值模拟计算得出:与刚性平板相比,柔性聚氨酯弹性体平板在3²0 m/s的流速范围内均具有减阻效果,且流速高于10m/s时,减阻率可达到10%以上;随着速度的增大,聚氨酯弹性体较大形变段沿着水流方向移动,从而降低了柔性聚氨酯弹性体表面的摩擦阻力。然后,通过压差阻力法的循环水槽实验... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 柔性表面仿生减阻的研究背景与意义
    1.2 流体减阻技术的国内外发展概况
        1.2.1 湍流减阻技术的分类
        1.2.2 柔性表面减阻技术的概述
    1.3 本文研究方法
    1.4 本文的研究内容
2 柔性表面减阻法的理论基础
    2.1 湍流相关理论
        2.1.1 湍流的形成机理
        2.1.2 湍流边界层
        2.1.3 湍流的猝发现象
    2.2 流体和固体模型的理论基础
        2.2.1 流体运动模型的基本控制方程
        2.2.2 固体模型的控制方程
    2.3 流固耦合理论基础
    2.4 数值模拟方法的理论基础
        2.4.1 湍流的数值模拟方法
        2.4.2 湍流模型
    2.5 本章小结
3 柔性表面的双向流固耦合减阻分析
    3.1 双向流固耦合的整体方案设计
    3.2 柔性表面模型的建立
        3.2.1 聚氨酯弹性体尺寸的确定
        3.2.2 流体域尺寸的确定
        3.2.3 流体域和固体域的边界设置
        3.2.4 流体域和固体域的网格划分
        3.2.5 数值方法的选择设置
        3.2.6 流体域和固体域的参数设置以及选择设置
    3.3 湍流模型可行性验证
    3.4 湍流模型总时间的确定
    3.5 仿真结果分析
    3.6 本章小结
4 实验验证分析
    4.1 实验设计
    4.2 实验数据记录
    4.3 本章小结
5 柔性非光滑表面的仿真减阻研究
    5.1 柔性非光滑表面的模型建立
    5.2 网格划分
        5.2.1 流体域的网格划分
        5.2.2 固体域的网格划分
    5.3 仿真结果分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
附录A 不同速度场的总位移云图
附录B 不同速度场的剪切应力云图
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双向流固耦合的柔性表面覆盖层减阻性能[J]. 杨兆臣,张怀新.  上海交通大学学报. 2016(08)
[2]基于Transition SST模型的高雷诺数圆柱绕流数值研究[J]. 雷娟棉,谭朝明.  北京航空航天大学学报. 2017(02)
[3]仿生表面减阻的研究现状与进展[J]. 马付良,曾志翔,高义民,刘二勇,薛群基.  中国表面工程. 2016(01)
[4]柔性表面减阻技术研究进展[J]. 高军,谷云庆,牟介刚,郑水华.  化工新型材料. 2015(03)
[5]高分子聚合物的湍流减阻机理[J]. 张兵强,梁光川,郦利民,贺士杰,许启军.  油气储运. 2012(12)
[6]气泡减阻技术研究进展[J]. 王丽艳,郝思文.  船海工程. 2011(06)
[7]边界层控制法减阻技术研究进展[J]. 郭杰,耿兴国,高鹏,欧修龙.  鱼雷技术. 2008(01)
[8]保特征的网格光顺算法[J]. 董洪伟,石坚.  计算机工程. 2007(21)
[9]聚脲柔性减阻材料的制备及性能[J]. 黄微波,陈国华,卢敏,张效慈.  高分子材料科学与工程. 2007(03)
[10]柔性面技术在新概念潜艇中的应用[J]. 张效慈.  船舶力学. 2003(01)

硕士论文
[1]以聚氨酯为基质的柔性仿生减阻材料的制备及其减阻性能研究[D]. 张祯华.华南理工大学 2012



本文编号：3307948