基于熵分析的溝槽面平板減阻機(jī)理研究.pdf

1、溝槽表面對(duì)湍流減阻的影響具有重要的研究?jī)r(jià)值，因其只單純改變湍流流動(dòng)特性，且低能耗和高效率而持續(xù)受到關(guān)注。本文利用數(shù)值模擬軟件，以三維溝槽面為分析對(duì)象，通過(guò)對(duì)溝槽表面進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，分析溝槽面減阻機(jī)理。
　　壁湍流中能量損失主要由流體微團(tuán)中變形運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)共同組成。文章首先從溝槽面對(duì)變形運(yùn)動(dòng)影響入手，研究其對(duì)壁面上黏性阻力、壓差阻力和切應(yīng)力在溝槽平板表面的分布規(guī)律的影響。然后，為進(jìn)一步探索減阻機(jī)理，以湍流中渦結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，研究溝

2、槽結(jié)構(gòu)對(duì)壁湍流中流體微團(tuán)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響。結(jié)果表明溝槽結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了二次渦生成，有利于黏性阻力減小，但會(huì)導(dǎo)致壓差阻力增加。其次由于溝槽內(nèi)部存在旋渦結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致在近壁區(qū)一定范圍內(nèi)速度梯度較平板表面明顯減小，致使流速層之間切應(yīng)力減小。渦量的大小與速度梯度有著直接的關(guān)系，溝槽表面相比較于平板表面，近壁區(qū)法向距離相同段內(nèi)速度梯度變小，導(dǎo)致渦量明顯減少。這是由于剪切層作用的減弱，渦管的拉伸程度在溝槽平板表面近壁區(qū)明顯降低，使得條帶結(jié)構(gòu)在黏性底層更加穩(wěn)定不

3、易破碎，減少了湍流猝發(fā)的頻率。同時(shí)，溝槽面法向上較小的速度變化抑制了展向渦結(jié)構(gòu)在法向方向的旋轉(zhuǎn)，致使展向渦旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度減弱，在相同流動(dòng)距離內(nèi)，流向渦密度減小。
　　采用熵分析方法從另一角度對(duì)溝槽表面的湍流減阻機(jī)理進(jìn)行分析研究，考慮到流動(dòng)中熵產(chǎn)主要來(lái)源，首先研究溝槽結(jié)構(gòu)對(duì)湍動(dòng)能和邊界層內(nèi)瞬時(shí)速度分布。然后，分別以粘性耗散和湍流耗散引起的熵產(chǎn)為分析點(diǎn)，研究溝槽結(jié)構(gòu)對(duì)熵產(chǎn)值的大小與分布情況產(chǎn)生的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)溝槽表面湍動(dòng)能明顯減小，空間