仿生魚鱗形凹坑表面減阻性能的數(shù)值研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染的不斷加重，不可再生能源的日益枯竭，低碳環(huán)保型的可持續(xù)發(fā)展模式已經(jīng)成為人類的共同追求。在運(yùn)載工具、管道輸送等領(lǐng)域，減小流體總阻力以提高能源利用率的主要方式就是盡可能的降低表面摩擦阻力。本文依據(jù)仿生學(xué)原理，將魚鱗形凹坑表面應(yīng)用于流體減阻領(lǐng)域，并研究其減阻性能。
　　仿生非光滑表面減阻技術(shù)是非光滑表面理論的一個重要分支，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，取得了大量的科研成果。但到目前為止，非光滑表面形貌主要以順流向溝槽為主，而對其它非光滑

2、形貌的研究較少。受水力機(jī)械中過流面上魚鱗形凹坑磨痕的啟發(fā)，并結(jié)合對鯉魚鱗片生理結(jié)構(gòu)和表面特性的研究，設(shè)計(jì)了魚鱗形凹坑表面。以Fluent軟件為運(yùn)算工具，通過正交試驗(yàn)的方法研究了魚鱗形凹坑表面的減阻特性，并以光滑表面和球形凹坑表面為參考表面，分析了魚鱗形凹坑表面對近壁區(qū)流動特性的影響。
　　首先，分析了典型的水力機(jī)械中過流面上魚鱗形凹坑磨痕的三維形貌特征及其產(chǎn)生和發(fā)展機(jī)理;并對東北鯉魚鱗片的表面形貌參數(shù)和浸潤特性進(jìn)行了測量分析，基于

3、兩者的分析結(jié)果，建立了三維魚鱗形凹坑的簡化模型;
　　數(shù)值結(jié)果表明:特定形貌的魚鱗形凹坑表面具有較為明顯的減阻效果，相對于光滑表面，魚鱗形凹坑表面雖然產(chǎn)生了額外的壓差阻力，但同時也大幅降低了摩擦阻力，最終產(chǎn)生了減阻效果。正交試驗(yàn)分析表明:魚鱗形凹坑的形狀對減阻效果的影響最大，速度其次，具有最佳減阻效果的參數(shù)組合為:凹坑最深點(diǎn)前移1/2R(0.025mm)，速度為4rn/s，魚鱗形凹坑的最大深度為0.02mm，魚鱗形凹坑的直徑為0.