脊?fàn)畋砻鏈p阻特性及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、脊?fàn)畋砻鏈p阻是近年來興起的一種減阻方法。與其它減阻方法相比，脊?fàn)畋砻鏈p阻技術(shù)不需要改變航行器結(jié)構(gòu)、外形，不需要增加輔助設(shè)備，性能穩(wěn)定，使用范圍廣，且價格低廉，在軍用和民用方面都有很大的經(jīng)濟(jì)價值。 本文主要針對垂直于流向的脊?fàn)畋砻鏈p阻特性進(jìn)行了模擬計算，并首次對此種狀態(tài)下的脊?fàn)畋砻鏈p阻特性進(jìn)行了全面細(xì)致地研究，同時對不同來流方向下的脊?fàn)畋砻鏈p阻特性也進(jìn)行了初步探討。首先，從數(shù)學(xué)模型的建立入手，建立了雷諾平均Navier-Stoke

2、s方程+湍流模型的數(shù)學(xué)方程，對近壁區(qū)進(jìn)行了處理，采用了低雷諾數(shù)下的．RNGκ-ε模型；運(yùn)用了二階迎風(fēng)格式保證了運(yùn)算的精度；使用了SIMPLEC方法避免了模擬中的回流現(xiàn)象：三角形的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，滿足了特殊脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分，并在近壁區(qū)將網(wǎng)格加密，使得當(dāng)y<'+>=1時最少有一個網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)存在。其次，在數(shù)值計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，比較了脊?fàn)畋砻婧推桨灞砻嫱牧鬟吔鐚拥牧鲃犹匦?，論述了脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的減阻特性，進(jìn)一步研究了脊?fàn)畋砻鏈p阻機(jī)理。研究結(jié)果表明，目前

3、較為有說服力的兩種脊?fàn)畋砻鏈p阻機(jī)理，即“第二渦群”論和粘性理論，在文章中均得到了很好的證實(shí)。最后，從尺寸、形狀、疏密、來流方向、雷諾數(shù)等方面對脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了研究。 通過計算，本文得到了如下定性及定量的結(jié)論：(1)U型和V型有著較好的減阻效果，且尺寸越小減阻效果越好，當(dāng)s<'+>=15時，減阻效果要優(yōu)于其它尺寸的減阻效果；(2)針對目前國際上研究比較多且存在爭議的V型三種典型尺寸h/s=1，h/s=0.5和h/s=2的減

4、阻特性進(jìn)行了分析，當(dāng)h/s=1時，減阻效果最佳；(3)速度越小減阻效果越好，說明脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)在低速下對流場的影響較大：(4)當(dāng)間隔l<'+>=22時有較好的減阻效果，大于這個值時，反而會增阻；(5)在小雷諾數(shù)下有較好的減阻效果，這也與前面的所證明的速度越小減阻效果越好這一結(jié)論吻合；(6)對不同來流方向下的脊?fàn)畋砻鏈p阻特性進(jìn)行了初步的研究，與來流成30度角的脊?fàn)畋砻嬗兄^好的減阻效果，但是它的流場較為不穩(wěn)定，可以預(yù)測，順流向的脊?fàn)畋砻姹却怪绷?/p>