三角形沟槽表面流场的数值模拟

湍流阻力在流体运输、航空和航海等领域广泛存在,是管道、常规运输机、水上船只、潜艇和机翼等与粘性流体接触的工作部件的主要能耗来源.文章利用有限体积法对26种三角形仿生非光滑沟槽表面流场进行了数值计算.近壁面区采用B-L两层模型,外区采用雷诺应力模型.通过与油槽实验数据定性对比,验证了数值模拟沟槽非光滑表面减阻的精度及可靠性,为软件模拟非光滑壁面流场提供依据.同时还对7种压力梯度下沟槽表面流场进行模拟,研究了压力梯度对减阻效果的影响.     

柔性表皮与微沟槽耦合作用减阻效果数值模拟

本文采用粘流数值模拟方法,通过采用Workbench搭建双向流固耦合求解器,对带沟槽的柔性平板减阻效果进行数值模拟研究。数值计算结果表明,沟槽的存在使得柔性平板的减阻效果较光滑柔性平板有所增加,且弹性模量值越小,其增加效果越明显。通过查看相应的柔性平板表面的平板法向位移及应力分布,可以看出沟槽的存在使得沟槽的存在使得柔性平板表面变形量大幅增大,因此流体缓冲效果变好,减阻性能有所增加。     

仿生结构化船体表面减阻性能分析

在分析摩擦阻力形成的机理的同时,以减小船舶摩擦阻力为出发点,介绍了在该领域相关学术的发展状况,并在2种理论途径的基础上,分析了气泡船及仿生非光滑表面船的减阻机理.在结合自身实践经验的基础上,提出凸包表面的船体表面结构设计,并对其减阻机理进行了简要的分析.     

基于仿生的非光滑表面防污减阻技术发展现状分析

基于船舶防污减阻的必要性,从仿生角度出发,介绍了仿生表面防污减阻这种新型环境友好型防污方法。重点分析了鲨鱼、海豚、贝壳和甲鱼壳等仿生原型的表面微结构,探索了这些生物表面微结构的防污减阻机理。基于生物表面微结构的防污减阻效应,阐述了现有的水生生物非光滑表面防污减阻技术,最后对仿生表面防污减阻方法进行了展望。     

船用梯形微沟槽表面减阻效应的仿真分析与实验验证

基于微沟槽减阻机理,采用改变船体表面微结构形貌尺寸的方法,以期降低船舶运行中的航行阻力,提高船舶航行效率,节约能源。利用流体软件FLUENT对梯形肋条和梯形沟槽两种微结构表面流场进行模拟仿真,分析了沟槽深宽比h/d1的减阻效果。仿真结果表明,对于梯形肋条,在h/d1时均具有减阻效果,当h/d为0.45时减阻效果最好;对于梯形沟槽,当h/d为0.30、0.36时表现为增阻,h/d为0.45、0.60、0.75时表现为减阻,其中当h/d为0.60时的减阻效果最好。为了验证模拟计算的规律,进行了阻力冲刷实验,实验结果与模拟计算结果的对比分析表明模拟计算与实验结论一致。     

随行波仿生减阻材料几何形状的模拟数值计算

为配合研制船用喷涂聚脲仿生减阻材料,用CFD模拟数值计算所设计的材料表面的涡街随行波几何形状,确定出能稳定留驻旋涡的仿海豚皮肤表面微型凹凸起伏的具体尺寸.     

沟槽面湍流边界层减阻特性研究

在光滑平板中分别嵌入一段不同尺寸的沟槽板,通过分析构槽板前后流场速度分布、紊动特性等的变化,得出：沟槽板上粘性底层厚度比沟槽板上、下游光滑平板处增大,沟槽板上流速分布对数公式中的C值也比上、下游光滑平板的C值大,说明沟槽板上局部摩擦阻力较小,进而对沟槽板局部减阻特性进行了深入的探讨。     

微气泡流的数值模拟及减阻机理分析

本文采用k-ω湍流模型,进行微气泡流动的数值模拟.在数学模型中,将气泡流作为混合物的流动处理,同时考虑了气泡与水的相对运动.应用该模型,计算了不同气泡直径及喷入速度、不同主流速度下某三维回转体周围微气泡分布及其阻力变化,计算结果与已发表的试验研究的结论相当吻合.对计算结果的分析表明,微气泡减阻的关键是生成足够小的气泡并使之尽量附着在物体表面附近以获得较高的空隙率.     

随机粗糙与沟槽面复合结构减阻特性研究

采用旋转锥板式剪切力的测试系统,测试了不同试样对甘油和水混合液的减阻性能.制备得到的优化复合结构在剪切率为200s-1～2000s-1时,可实现减阻约从130%～19%,且减阻率随剪切率的增加呈递增趋势;在剪切率2000s-1时,最大减阻可达18.9%分析表明,粗糙结构、沟槽结构及沟槽的排列方式共同作用,实现了试样减阻效果大幅度提高和减阻范围的扩展.     

二维船舶微气泡减阻数值模拟

为了研究来流雷诺数、微气泡浓度等因素对减少船舶摩擦阻力的影响,采用Lam-Bremhorst低雷诺拓展的K-ε模型,应用相间滑移算法,考虑了气-水两相的相间阻力、相间升力、相间压力和相间虚质量力以及气泡对湍流的作用,对二维平底型船舶,在船首底部喷射微气泡,进行了微气泡减阻的数值模拟.结果显示：提高边界层内气泡浓度是减阻的重要因素,而来流雷诺数过高对减阻不利.     

微气泡减少平板摩擦阻力的数值模拟

为了研究微气泡减少平板摩擦阻力的准确机理，本文对微气泡从平板的上，下表面引入，考虑或忽略压力的影响等情况进行了计算。结果表明：本文计算分析与前人的试验数据在定性上是一致的。     

基于仿生的船体防污减阻协同作用及其进展

船体防污和减阻一直是研究的热点,几十年来,船舶、制造、材料等领域的许多学者从不同角度对防污、减阻机理与技术进行了广泛研究,已取得了一系列的丰硕成果。但迄今为止,防污与减阻技术的研究仍分属于2个不同的研究领域,如果将微结构仿生防污延伸到微结构的主动仿生减阻,利用仿生表面微结构同时实现防污和主动减阻,构建仿生防污、减阻的一体化技术,这将具有重要意义,可望为解决防污、减阻2种技术分别使用时面临的技术难题提供新的思路。本文提出船体防污减阻协同作用技术的概念,分析它具有的优势,并详细介绍基于贝壳仿生的防污减阻协同作用技术及其实现手段。     

微织结构与微气泡复合减阻数值模拟与特性分析

微气泡减阻可有效降低船体航行中的阻力,微织结构也是降低摩擦力的有效方法之一。采用微织结构与微气泡复合减阻的方法,通过数值模拟的方法研究水流速度、气泡流量和气泡尺寸对减阻率的影响。结果表明：复合减阻率随水流速度的增大而减小;气泡流量增大,减阻率逐渐增大,当壁面附近气泡达到饱和空气量时,减阻率达到最大值后不再随气泡流量的增加而增大;以微气泡直径20μm为界限,20μm以下,气泡尺寸的增大导致减阻率下降,而20μm以上,减阻率基本保持不变,不再随气泡尺寸增大而变化。     

平板微气泡减阻预报及影响因素研究

假定气-液两相流均匀混合,且微气泡在水流中存在滑移,运用流体计算软件Fluent中的混合多相流模型对平板微气泡减阻过程进行数值模拟,研究了微气泡流的减阻机理及喷气速度与主流速度之比、微气泡大小、空隙率分布等对水中运动平板减阻效果的影响规律,并指出微气泡减阻率为喷气速度与主流速度之比的非线性对数函数,且存在相对饱和喷气速度,同时建立了一个平板微气泡减阻率大小的预报模型,并从理论上对减阻效果进行了预报。     

疏水微形貌表面水下减阻研究进展

疏水微形貌表面减阻是一种新型仿生减阻方法,也是国内外减阻研究领域的热点之一。该文在分析天然及人造疏水微形貌表面界面一般特性的基础上,从壁面滑移流动、表面微形貌等角度总结了国内外疏水微形貌表面减阻理论研究的最新成果,然后分类给出了近年来疏水微形貌表面减阻微观及宏观试验的研究进展,最后分析了疏水微形貌表面可能的减阻机理及目前存在的技术问题。     

沟槽面减阻效果影响因素及减阻机理的分析

采用雷诺平均N-S方程和RNG k-ε湍流模型计算V型沟槽面的湍流边界层流动和粘性阻力,研究了沟槽尖峰形状和雷诺数对减阻效果的影响规律,初步分析了沟槽面减阻机理.指出:沟槽尖峰处的圆角半径越小其减阻效果越好,沟槽斜面中下部的壁面应力随着圆角半径的减小而降低,但尖峰处的局部壁面应力会随之增大;来流速度对沟槽减阻率的影响很大,对于一种尺度的V型沟槽,存在着一个具有较好减阻效果的来流速度范围,而沟槽面在沿来流方向上的布置位置对减阻效果的影响非常小;沟槽尺度对减阻效果很剧烈;沟槽尖峰处生成的二次涡是产生减阻效果的根本原因,二次涡的强弱与沟槽减阻率的大小紧密相关.     

高速艇尾部横剖面面积曲线变化对气泡减阻效果影响的数值模拟

对一内河高速艇,在保证排水量D及船长L不变的条件下,改变其尾部横剖面面积曲线形状,利用CFD商业软件FLUENT进行建模计算,模拟微气泡作用下船体周围的粘性流场,讨论尾部形状变化对气泡减阻效果的影响,计算结果表明,在中后底部具有较小斜升角的船舶,气泡稳定性好,有利于微气泡减阻.