航行體自身有限的體積與重量限制了其攜帶有限量的氣體。為滿(mǎn)足其長(zhǎng)時(shí)間的航行過(guò)程中能有足夠的微氣泡維持減小行進(jìn)中的阻力,低通氣量下提升減阻率的研究就顯得尤為重要,這樣在減小行進(jìn)阻力的同時(shí)也降低了能量的消耗。本文針對(duì)平板的表面狀態(tài)對(duì)微氣泡的減阻效果進(jìn)行了探索研究。以帶有粗糙表面區(qū)域的平板的表面狀態(tài)為研究對(duì)象,利用Weierstrass-Mandelbrot(W-M)分形函數(shù)生成了粗糙度值Ra=25、45和75共3種不同粗糙度的粗糙表面的表面輪廓曲線(xiàn)。采用大渦模型和Mixture多相流模型相結(jié)合的方式分別對(duì)不同粗糙度以及粗糙表面處于不同位置時(shí)的平板湍流邊界層流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。湍流邊界層模擬的雷諾數(shù)Reθ=1430,并且在計(jì)算域的速度入口處添加三維速度擾動(dòng)方程以縮短邊界層內(nèi)流體流動(dòng)從層流向湍流轉(zhuǎn)捩的距離,其中擾動(dòng)方程的擾動(dòng)參數(shù)參考文獻(xiàn)中相同雷諾數(shù)下光滑平板微氣泡數(shù)值模擬的參數(shù)值。研究結(jié)果顯示,帶有粗糙表面的平板的阻力除了與光滑平板一樣隨著入口處通氣量的增加而減小之外,其阻力的減小量與光滑平板有些許的差別。與光滑平板在相同通氣條件下的減阻率相比,帶有粗糙表面的平板的減阻率隨著入口處通氣量的增大呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì),且由于邊界層內(nèi)微氣泡的含量的增大,粗糙表面對(duì)流場(chǎng)的影響將逐漸減小。粗糙表面在入口處的通氣體積分?jǐn)?shù)Φv,in=0.1時(shí)的減阻率為15.9%,比光滑平板在相同通氣狀態(tài)下的減阻量高出1.5%;而Φv,in=0.2、0.3時(shí),粗糙表面的減阻率要小于光滑平板下的減阻率。粗糙表面在流場(chǎng)中相對(duì)于速度入口的位置從4δ變化到7δ時(shí)發(fā)現(xiàn),在通氣狀態(tài)下,粗糙表面距離入口越遠(yuǎn),在其下游處平板的減阻效果越好。在Φv,in=0.3時(shí),位于7δ位置處的粗糙表面的減阻量達(dá)到51.9%比粗糙表面在4δ時(shí)的減阻量高12.1%。與此同時(shí),在Φv,in=0.3,表面粗糙度Ra75粗糙表面的減阻量高于另外兩種粗糙度較小的粗糙表面的減阻量,并且此時(shí)的減阻率隨著粗糙度的增大有繼續(xù)增大的趨勢(shì),但變化的程度較小。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：U661.311
【部分圖文】：

δ 為輪廓最小尺度。2.2.1 輪廓曲線(xiàn)平整度的影響因素為了更好地模擬粗糙表面的輪廓曲線(xiàn)，我們首先對(duì) W-M 函數(shù)中影響輪廓高度和形貌的參數(shù)進(jìn)行了探究。表 2-1 W-M 函數(shù)系數(shù)表G D γ Ls δ0.5 1.2 1.5 0.008 0.00030.5 1.4 1.5 0.008 0.00030.5 1.8 1.5 0.008 0.00030.1 1.8 1.5 0.008 0.00030.9 1.8 1.5 0.008 0.00030.9 1.8 1.5 0.008 0.00020.9 1.8 1.5 0.008 0.0001如表 2-1 所示，在其他參數(shù)值固定的情況下我們分別改變特征尺度系數(shù) G、分形維數(shù) D 以及輪廓最小尺度 δ 的大小獲得其對(duì)應(yīng)的 W-M 函數(shù)圖像如圖 2-1至 2-3 所示。a)b)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文雜程度也有一定的增加，即在 D 的數(shù)值較大的情況下的時(shí)多。由此可見(jiàn)，分形維數(shù)同時(shí)影響著輪廓的高度和輪且在輪廓高度較高時(shí)，其細(xì)節(jié)部分也相對(duì)較為復(fù)雜，這表面的粗糙程度和輪廓的復(fù)雜程度是相符合的。 中的 b)圖展示的是不同特征尺度系數(shù)時(shí)輪廓曲線(xiàn)的變化發(fā)現(xiàn)，隨著特征尺度系數(shù)的增大，輪廓高度也隨之增大程度并沒(méi)有明顯的變化。故可以認(rèn)為尺度特征系數(shù) G 只顯的影響。 展示的是輪廓曲線(xiàn)隨輪廓最小尺度的變化情況。從圖中越小，意味著單位水平輪廓尺度所包含輪廓幅值的信息線(xiàn)變得越為復(fù)雜。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文到的三種不同非光滑表面的粗糙度值分別為 75、45 以及 25，具體的輪廓如表 2-2 所示。表 2-2 不同粗糙度下 W-M 函數(shù)系數(shù)表Ra G D γ Ls δ75 4.0958e-06 1.625 1.5 0.008 0.00045 4.0958e-06 1.702 1.5 0.008 0.00025 4.0958e-06 1.793 1.5 0.008 0.000根據(jù)產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用規(guī)范[33,34]，在 Ra 大于 10 的情的取樣長(zhǎng)度取值為 8 mm，在本文中與 Ls 的值對(duì)應(yīng)。在測(cè)量 Ra 時(shí)，如果表均勻性較好則一般選取的長(zhǎng)度可小于 5Ls,當(dāng)表面的均勻性較差的時(shí)候，選長(zhǎng)度則應(yīng)大于 5Ls。本文在采用折中的方式，即粗糙表面輪廓的長(zhǎng)度選取為
【參考文獻(xiàn)】

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1 付細(xì)能;張敏弟;邵峰;王國(guó)玉;;平板通氣氣液兩相流流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究[J];船舶力學(xué);2014年Z1期

2 彭世沖;董彥非;陰小暉;;二維非光滑凹坑面減阻性能數(shù)值仿真分析[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2014年01期

3 陳顯文;孫江龍;;基于大渦模擬的槽道微氣泡減阻數(shù)值模擬[J];船海工程;2011年06期

4 曹慧哲;蔡偉華;朱蒙生;高杰強(qiáng);李彪;;二維近似船底模型微氣泡減阻數(shù)值模擬[J];節(jié)能技術(shù);2010年06期

5 張程賓;陳永平;施明恒;付盼盼;吳嘉峰;;表面粗糙度的分形特征及其對(duì)微通道內(nèi)層流流動(dòng)的影響[J];物理學(xué)報(bào);2009年10期

6 李育;;粗糙度測(cè)量中取樣長(zhǎng)度、評(píng)定長(zhǎng)度的合理選用[J];東方電機(jī);2007年04期

7 鄭曉偉;王家楣;曹春燕;;二維船舶微氣泡減阻數(shù)值模擬[J];船舶工程;2005年06期

8 宋保維,黃景泉;微氣泡降低平板阻力的研究[J];水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展;1989年04期

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本文編號(hào)：2836138