溝槽面湍流邊界層減阻的數(shù)值研究.pdf

1、溝槽面湍流邊界層減阻是一種較為有效的湍流減阻方法。溝槽減阻技術(shù)有著很長的研究歷史，與其它湍流減阻方法相比，利用溝槽法減阻具有很大的優(yōu)越性：它成本低、簡單易實現(xiàn)，只通過表面粘貼或直接加工即可，并且其性能穩(wěn)定不易受周圍環(huán)境和溫度的影響，也不需要另外增加輔助設(shè)備。目前該減阻技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到航天、航空、管道運輸以及體育競技等諸多領(lǐng)域，特別對船舶與水下航下器減阻的研究提供了一個經(jīng)濟(jì)有效的新途徑。 本文綜述了國內(nèi)外溝槽面減阻技術(shù)的研究進(jìn)展及

2、現(xiàn)狀，在湍流產(chǎn)生機理及近壁區(qū)湍流結(jié)構(gòu)模型分析的基礎(chǔ)上，從“第二渦群”和“突出高度”理論兩個觀點分別闡述了溝槽面減阻的機理。 論文采用計算流體動力學(xué)軟件FLUENT對溝槽面平板和水下航行器進(jìn)行了湍流邊界層流動的數(shù)值模擬，進(jìn)而對溝槽面減阻特性展開了深入細(xì)致的研究；通過改變溝槽的形狀、尺寸等方面對影響溝槽面湍流邊界層減阻特性的各種因素進(jìn)行詳細(xì)的探討。首先對順流向的V形溝槽面平板進(jìn)行建模，確定網(wǎng)格劃分原則以及邊界條件，采用雷諾應(yīng)力湍流模

3、型計算溝槽表面和光滑表面的阻力特性；在數(shù)值計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，分別從速度場、渦量、剪切應(yīng)力、湍流耗散率等方面對平板表面近壁區(qū)湍流流場的流動特性進(jìn)行分析論述。為了驗證阻力特性模擬計算的準(zhǔn)確性，將模擬值與普朗特公式理論計算值以及Bechert試驗值進(jìn)行了對比，比較結(jié)果十分吻合。最后，從溝槽形狀、尺寸等方面對影響溝槽面減阻特性的因素進(jìn)行探討。 在溝槽面平板減阻研究的基礎(chǔ)上，論文又對溝槽面水下航行器減阻進(jìn)行了數(shù)值研究，針對垂直于流向的等邊