凹坑形仿生非光滑表面的減阻性能研究.pdf

1、本文基于工程仿生學(xué)研究的基本方法，將動(dòng)物表面信息抽象為凹坑形仿生非光滑形態(tài)，建立了仿生非光滑表面模型，計(jì)算了多個(gè)速度下該非光滑表面的減阻效果并對(duì)其減阻機(jī)理進(jìn)行了研究。 傳統(tǒng)的減阻研究主要采用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)方法，但是它耗資大、實(shí)驗(yàn)條件控制困難，為了縮短開發(fā)周期，降低成本，本文用數(shù)值計(jì)算的方法，對(duì)凹坑形非光滑表面流場(chǎng)進(jìn)行細(xì)微的研究，探討其減阻機(jī)理，研究凹坑單元尺寸和來(lái)流速度對(duì)減阻效果的影響，為設(shè)計(jì)出更加有效的非光滑形態(tài)提供理論依據(jù)。

2、 本文共設(shè)計(jì)了4種不同尺寸的凹坑非光滑形態(tài)，對(duì)不同來(lái)流速度下的多種流場(chǎng)進(jìn)行了模擬。首先確定凹坑形單元的結(jié)構(gòu)和尺寸，采用四面體的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)模型進(jìn)行離散化處理，滿足了各個(gè)表面的網(wǎng)格劃分要求。在數(shù)學(xué)模型上，選用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型使N-S方程封閉；為了精確地計(jì)算壁面附近的流場(chǎng)，近壁面區(qū)采用低雷諾數(shù)下的的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型；運(yùn)用二階迎風(fēng)格式保證了運(yùn)算的精度。通過(guò)比較凹坑形非光滑表面和光滑表面湍流邊界層的流動(dòng)特性，對(duì)凹坑形表面的減阻機(jī)理進(jìn)行研究。

3、 通過(guò)計(jì)算，本文得到了如下定性及定量的結(jié)論：(1)與光滑表面相比，凹坑非光滑表面上的壓差阻力略微增大，但是摩擦阻力得到了很大程度的降低，故總阻力降低；(2)凹坑高徑比為0.5的情況下，凹坑直徑為0.8mm的非光滑表面比直徑為1.0mm的表面具有更好的減阻效果，最高減阻率為7.20％；(3)凹坑直徑為0.8mm時(shí)，凹坑高徑比對(duì)減阻效果影響不大，各個(gè)模型的最大減阻率都達(dá)到了7％以上；(4)對(duì)非光滑表面邊界層內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)凹坑