仿生射流减阻射流孔布局研究

【摘要】：将生物体的某些特殊生理结构运用在流体介质减阻技术中，是目前在减阻领域中的一个新生的热点问题。仿生射流就是一项以生物生理结构特征作为模拟原型的减阻技术，其以鲨鱼鳃部鳃裂呼吸过程中可以产生射流这一现象作为仿生结构的模拟依据，建立相应特征的仿生模型，分析了不同情况下的减阻效果及减阻机理。仿生射流表面减阻技术在诸多领域应用前景广泛，如航空航天飞行器、增加远程消防灭火炮射程、油气输运管道以及水中航行器等。 本文主要是从仿生角度出发，以鲨鱼鳃部的射流功能为研究对象，参照功能仿生学理论，通过对其生理结构所具特殊功能的分析与模仿，建立相应的仿生模型，并根据鲨鱼鳃裂特征及现有的仿生射流减阻单孔射流的受力矢量图来确定射流孔排布形式以及尺寸范围。然后对所建模型进行合理且细密的网格划分，研究现有的数值模拟方法、湍流模型、求解技术、边界条件以及初始条件等，最后选取适宜本文研究应用背景的各参数及条件。 以计算机为数值计算平台，分析不同排布单元因素对射流减阻效果的影响，而后确定最佳射流孔排布尺寸，再以部分排布尺寸模型为依据，加工出相应的实验样件，以小型减阻测试试验装置为试验平台，进行与数值计算时相同的流场条件下的实验测试，对实验数据进行分析，并对比分析数值仿真与实验测试结果的差异。最后结合数值仿真与平台实验结果，分析仿生射流表面的减阻机理。