船式拖拉机非光滑表面船壳减阻性能研究

发布时间：2020-02-17 09:10

【摘要】：船式拖拉机是中国特有的一种农业机械,其特殊的“浮滑式”工作原理可保护土壤硬底层,特别适用于我国南方复杂多变的水田环境。然而船式拖拉机作为农业动力装备,船壳在水田的滑行阻力是作业需要克服的主要阻力。若能减小船壳的滑行阻力,可以提高工作效率,降低能耗。目前,非光滑表面减阻研究多见于在空气和水介质中阻力特性,对于在非牛顿流体中的减阻特性研究较少。本文通过分析船式拖拉机非光滑表面船壳在非牛顿流体中的阻力特性,探究其减阻性能。基于现有微观尺寸非光滑表面结构在牛顿流体中减阻机理,设计船式拖拉机宏观非光滑底板船壳,采用实验测试、模拟仿真以及分析优化相结合的研究思路,对船式拖拉机非光滑表面船壳在非牛顿流体中的减阻性能进行研究。首先建立船式拖拉机非光滑表面船壳流场仿真模型。根据泥浆流体的流变特性,利用实验测量泥浆介质的流变特性参数,然后根据边界层厚度公式,估算非光滑表面结构尺寸。根据泥浆的流变参数、非光滑表面形态、船式拖拉机实际行驶条件和CFD仿真计算的原则,建立流域模型。然后对比仿真计算光滑表面船壳在水介质中的阻力与船舶阻力公式计算值,验证流场仿真模型建立的准确性。其次,利用CFD软件对各种不同形状的非光滑表面船壳和光滑表面船壳在不同速度下进行数值模拟。通过对比非光滑底板船壳和光滑底板船壳摩擦阻力与压差阻力大小,从摩擦阻力和压差阻力形成原因分析非光滑表面的减阻或增阻机理,发现泥浆在宏观非光滑表面边界层附近发生分离,改变了流体的速度梯度,从而产生减阻效果。最后,基于非光滑表面船壳的减阻机理,运用正交因素分析法探究非光滑表面的形状、尺寸等因素对非光滑表面船壳减阻效果的影响规律,并优化了非光滑表面船壳的结构尺寸使船式拖拉机阻力最小。通过探究船式拖拉机非光滑表面船壳在泥浆介质中的减阻特性,本文设计的新型非光滑表面船壳最大减阻率可达12.95%。这表明本文的研究成果可极大地减少船式拖拉机作业成本,降低环境污染,也为其它水田农业动力装备的节能减排、低阻高效性能优化奠定了基础。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S219

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本文编号：2580369