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仿生减阻表面的数值研究

李天然  
【摘要】:减阻节能是当今社会的热门话题,在诸多减阻技术中,仿生表面减阻技术以其:历史久,成本低,易实现,效果好,开发价值高等特点,成为最热门的减阻技术。其中具有代表性的有沟槽减阻技术和凹坑减阻技术,目前这两项减阻技术已经被应用到航天、航空、管道运输、体育比赛等其他领域。本文综述了国内外减阻技术的研究进展及现状,着重介绍仿生表面的发展与应用,在近年来发展的湍流边界层结构和湍流猝发理论基础上,讨论了造成仿生表面减阻的可能性因素,并在此基础上展开研究。 论文采用计算流体动力学软件对仿生沟槽表面和凹坑表面的湍流边界层进行了数值模拟,通过改变沟槽的雷诺数和结构,在充分发展的湍流条件下,探讨了影响沟槽减阻效果的多种因素,并与理论值和实验值进行对比验证,分析了各种工况下的剪切应力、速度场和湍动能,并首次从涡结构的产生,发展与消亡的发展观,探讨了涡结构对沟槽减阻性能的影响。 此外,本文又对水下凹坑结构进行了数值研究,在探讨其减阻机理的同时,分析了如何优化凹坑点阵的设置。 论文所完成的仿生表面减阻的数值计算及其机理分析,为以后的进一步开展该领域的研究工作,提供一定的参考和指导。


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