异形随行波表面管道湍流减阻特性研究

发布时间：2024-04-22 20:24

　　随着能源短缺的日益加剧,节能降耗成为国家所关注的重要问题。管道运输中需要克服壁面摩擦阻力做功,摩擦阻力做功占到全部管道运输消耗70%以上,管道运输作为石油天然气运输的主要手段对世界的能源消耗有重要影响。学者发现动植物的非光滑表面结构能够降低流体的摩擦阻力,通过对海豚、鲨鱼、荷叶表面的微结构分析,仿生出了一系列非光滑表面的减阻结构,这些结构与传统的光滑表面相比,表现出优越的减阻性能,非光滑表面减阻研究表现出巨大的研究前景。本文基于前人的理论研究背景,以气流推动水面波纹形成的异形结构为原型,通过简化抽象提取得到一种大宽深比的类摆线结构。借助三维CAD软件完成结构造型后,依据实际管道运输环境建立CFD数值模型,模拟结果与理论计算值进行对比,结果显示相对误差小于0.5%。依据实际工况,设定三种流速的仿真对比,对不同结构尺寸模型进行了仿真模拟。为了研究不同结构尺寸下的减阻效能,使用正交分析法进行分析。得到异形随行波单元尺寸因素对全阻力影响的主次顺序为深度、宽深比(宽度与深度之比)、偏心比(偏心距与宽度之比)。结合极差与方差分析可以得到,深度与宽深比对减阻效能都起到了决定性的作用,在流速15m/s...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.2“二次涡”减阻机理示意图[62l

向下游移动时会逐渐拉长，形成一个类似马蹄形的涡，马定下来，形成一个横向涡和一组顺流向反向涡对，这些涡表面距离壁面更高，使得近壁面流体粘性底层厚度增大。制湍流猝发，减小湍流强度，减少湍流不稳定涡旋对近壁擦阻力。下图１．２为“二次涡’’示意图。??

图1.3“突出高度”减阻机理示意图[631

的主要内容与结构??前人的理论研究，通过观察空气扰动的沙丘与水面随行波结构，以管道运输实况为背景，设计相应的这种新型结构的潜在减阻可能性。同时对其可能的减其可能的减阻机理，指导实际工程应用。??要研宄内容如下：??用仿生学与流体力学理论，设计新型随行波结构并确维设讣软件，川高次多....

图2.1仿生随行波表面的简化造型流程

本章意图寻找新的随行波类减阻形随行波表面减阻特性进行研宄。??表面的简化造型??意来源于自身工程实际背景的需要，通过目标其它结构。本文的研宄目的是寻找降低表面是保证最终设计结构能够达到目标要求的关

图23异形随行波结构单元示意图

结合流体力学理论，提出了一种大宽深比的波浪形结构，如图２．３。其中Ａ为随??行波结构波峰到波谷的高度，Ｍ，为结构波峰之间的宽度，ｅ为结构最深点与结构??中心的距离。针对这种具有偏心距的波浪型外形，本文采用高次多点样条曲线来??拟合。由于木文设计结构的大宽深比的特点，故采用９点控制....

本文编号：3962223