自適應仿生非光滑結構的減阻性能研究.pdf

1、隨著不可再生能源的日益枯竭，低碳環(huán)?？沙掷m(xù)的發(fā)展模式日益深入人心。在大型運輸船舶、飛機及管道運輸領域，物體在流場中所受表面粘性阻力在總阻力中比例可達70％，大量的能源被消耗用以克服表面阻力。減阻技術的研究具有非常重要的意義。
　　仿生非光滑表面減阻作為流體減阻研究的一個重要分支，歷經(jīng)數(shù)十年發(fā)展，已取得大量成果。在海豚游動過程中，海豚皮膚能感知外部流場條件的變化，并通過神經(jīng)系統(tǒng)實時改變自身的形貌。隨著海豚游動速度的提高，海豚皮膚逐漸

2、由光滑狀態(tài)轉化為具有一定幾何形狀的非光滑狀態(tài)，并隨海豚皮膚表面外部流場邊界條件的變化而不斷變化。
　　本文以海豚表皮為生物原型，將海豚表皮的真皮嵴結構形狀特征提取為:與來流方向夾角不唯一，以及自適應高度變化。探索能在相對較廣速度域流場內(nèi)保持較好減阻性能的實用性方案，進行了以下兩方面工作。
　　首先，以順流向溝槽減阻技術的理論成果為切入點，設定數(shù)值計算模型，對不同角度溝槽表面在不同流速下的減阻效果進行數(shù)值試驗研究。試驗結果表明

3、:在與水流方向成不同角度的溝槽中，45°的溝槽減阻性能最差。當流速較低時，順流向及30°溝槽具有較好的減阻效果。流速較高時，橫向及60°溝槽減阻效果隨流速變化的幅度小于順流向溝槽。
　　此外，結合目前自適應減阻技術研究的相關理論成果，設計了一種基于非光滑結構的自適應減阻方案，并結合Fluent軟件中提供的用戶自定義函數(shù)編寫程序對其減阻性能進行了數(shù)值試驗分析。數(shù)值計算結果論證了該方法對柔性壁面自適應減阻技術的研究具有一定的參考價值。