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空气—旋成钝体界面非光滑减阻的仿生研究

田丽梅  
【摘要】:本文将工程仿生学理论与表面非光滑结构减阻的思想应用于以空气为介质的流体介质中,按照旋成钝体仿生非光滑表面的设计原则,以减阻率为试验指标,选用6 因素(非光滑形态、非光滑结构在旋成钝体上的布置位置、排列方式、非光滑单元的直径/宽度、深度/高度、风速),3 水平的正交试验作为考察仿生非光滑表面旋成钝体模型减阻特性的实验方法。 本文的一个创新之处在于,模型采用旋成钝体做为非光滑结构的载体,因此,降低其压差阻力的工程意义要大于降低摩擦阻力。只要仿生非光滑形态的高度和深度不超过模型边界层厚度就可以达到控制边界层的目的,加大了非光滑形态的尺寸,非光滑形态的尺寸为毫米级,这样,易于非光滑减阻技术在工程上的实现。 对于非光滑表面的减阻机理,根据旋成钝体形成底阻的原因,通过数值模拟和流动显示试验,针对非光滑形态对旋成钝体表面速度、涡量以及边界层动量厚度三个方面的分析,详细的阐述了非光滑表面对于旋成钝体压差阻力和总阻力的减阻机理。这也是本文的另一个创新点。 最后,对正交试验优化出的棱纹形的非光滑模型,以总减阻率为试验指标,对非光滑形态在模型尾部布置的具体位置以及棱纹的深度和深宽比,选用二次回归正交组合设计,以计算机为试验平台又进行了进一步的优化设计,得到了关于总减阻率的回归方程。


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