脊狀表面減阻特性及其結構優(yōu)化設計研究.pdf

1、脊狀表面減阻是近年來興起的一種減阻方法。與其它減阻方法相比，脊狀表面減阻技術不需要改變航行器結構、外形，不需要增加輔助設備，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濟價值。 本文主要針對垂直于流向的脊狀表面減阻特性進行了模擬計算，并首次對此種狀態(tài)下的脊狀表面減阻特性進行了全面細致地研究，同時對不同來流方向下的脊狀表面減阻特性也進行了初步探討。首先，從數學模型的建立入手，建立了雷諾平均Navier-Stoke

2、s方程+湍流模型的數學方程，對近壁區(qū)進行了處理，采用了低雷諾數下的．RNGκ-ε模型；運用了二階迎風格式保證了運算的精度；使用了SIMPLEC方法避免了模擬中的回流現象：三角形的非結構化網格，滿足了特殊脊狀結構的網格劃分，并在近壁區(qū)將網格加密，使得當y<'+>=1時最少有一個網格節(jié)點存在。其次，在數值計算結果的基礎上，比較了脊狀表面和平板表面湍流邊界層的流動特性，論述了脊狀結構的減阻特性，進一步研究了脊狀表面減阻機理。研究結果表明，目前

3、較為有說服力的兩種脊狀表面減阻機理，即“第二渦群”論和粘性理論，在文章中均得到了很好的證實。最后，從尺寸、形狀、疏密、來流方向、雷諾數等方面對脊狀結構的優(yōu)化設計進行了研究。 通過計算，本文得到了如下定性及定量的結論：(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、阻特性進行了分析，當h/s=1時，減阻效果最佳；(3)速度越小減阻效果越好，說明脊狀結構在低速下對流場的影響較大：(4)當間隔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論吻合；(6)對不同來流方向下的脊狀表面減阻特性進行了初步的研究，與來流成30度角的脊狀表面有著較好的減阻效果，但是它的流場較為不穩(wěn)定，可以預測，順流向的脊狀表面比垂直流