當(dāng)物體在流體中運動時,會受到流體阻力的作用。由于流體阻力阻礙了運動的進行,運載工具要在流體中維持運動,就需要消耗大量能量去克服阻力做功。目前,隨著社會的高度發(fā)展和不可再生能源的巨大消耗,人類面臨著嚴(yán)峻的能源危機,同時化學(xué)能源所帶來的環(huán)境問題也日趨嚴(yán)重,如何緩解能源危機并減少環(huán)境破壞引起了世界各國政府和學(xué)者的高度關(guān)注。減少運載工具在流體中的運行阻力,可以有效降低能源的損耗,對保護環(huán)境也有積極的作用,一直以來是國內(nèi)外學(xué)者的研究重點。本文在現(xiàn)有湍流減阻技術(shù)的基礎(chǔ)之上,結(jié)合柔性壁面和非光滑表面的減阻特性,提出柔性非光滑表面耦合氣動減阻研究。根據(jù)不可壓縮流體沿光滑平板的湍流邊界層特性,選擇球形凹坑結(jié)構(gòu),設(shè)計柔性非光滑表面結(jié)構(gòu);使用UG NX 8.5軟件和參數(shù)化建模方法,構(gòu)建柔性非光滑表面仿真模型的流體域和固體域3D模型;基于雙向流固耦合仿真,在ANSYS Workbench中搭建數(shù)值模擬仿真體系,研究柔性非光滑表面的摩擦阻力特性;設(shè)計四水平五因素正交試驗,分析不同水平不同因素對表面摩擦阻力和表面減阻效果的影響。雙向流固耦合仿真結(jié)果和正交試驗分析表明:在柔性非光滑表面的五個設(shè)計因素中,包括壁面材料...

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 湍流減阻技術(shù)的研究進展
        1.2.2 非光滑減阻技術(shù)的研究進展
    1.3 本文主要內(nèi)容及技術(shù)路線
        1.3.1 課題來源
        1.3.2 研究目的
        1.3.3 主要研究內(nèi)容
        1.3.4 研究技術(shù)路線
    1.4 章節(jié)結(jié)構(gòu)安排
    1.5 本章小結(jié)
第二章 柔性非光滑表面的設(shè)計原則
    2.1 流體力學(xué)的基本知識
        2.1.1 可壓縮流體和不可壓縮流體
        2.1.2 流體的粘性
        2.1.3 層流和湍流
    2.2 繞流流動阻力與沿光滑平板的湍流邊界層
        2.2.1 繞流流動阻力
        2.2.2 邊界層的基本概念
        2.2.3 不可壓縮流體邊界層內(nèi)摩擦阻力
        2.2.4 不可壓縮流體沿光滑平板的湍流邊界層
    2.3 柔性非光滑表面結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇
        2.3.1 非光滑表面的常見類型及選型
        2.3.2 非光滑單元體尺寸設(shè)計
        2.3.3 柔性非光滑表面設(shè)計
    2.4 本章小結(jié)
第三章 柔性非光滑表面雙向流固耦合數(shù)值模擬方法
    3.1 流固耦合分析概述
    3.2 ANSYS流固耦合分析
        3.2.1 單向流固耦合分析
        3.2.2 雙向流固耦合分析
    3.3 計算流體動力學(xué)概述
        3.3.1 流體動力學(xué)控制方程
        3.3.2 標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型
    3.4 計算域設(shè)計和構(gòu)建
    3.5 雙向流固耦合仿真體系構(gòu)建
    3.6 數(shù)值模擬求解方案
        3.6.1 固體分析設(shè)置
        3.6.2 流體分析設(shè)置
    3.7 網(wǎng)格劃分及獨立性驗證
        3.7.1 網(wǎng)格獨立性驗證
        3.7.2 步長獨立性驗證
    3.8 數(shù)值模擬可行性驗證
    3.9 本章小結(jié)
第四章 柔性非光滑表面摩擦減阻特性分析
    4.1 柔性非光滑表面正交試驗設(shè)計
        4.1.1 四水平五因素正交試驗設(shè)計
        4.1.2 極差分析
        4.1.3 方差分析
    4.2 柔性材料對表面摩擦阻力的影響
    4.3 壁面厚度對表面摩擦阻力的影響
    4.4 雷諾數(shù)對表面摩擦阻力的影響
    4.5 本章小結(jié)
第五章 柔性非光滑表面減阻機理分析
    5.1 流場速度分布分析
        5.1.1 速度分布云圖分析
        5.1.2 速度矢量分布圖分析
    5.2 湍動能分析
    5.3 壁面剪應(yīng)力分析
    5.4 變形分析
        5.4.1 材料對變形的影響
        5.4.2 厚度對變形的影響
    5.5 本章小結(jié)
第六章 半圓溝槽環(huán)形低速風(fēng)洞PIV試驗
    6.1 環(huán)形低速風(fēng)洞
    6.2 粒子圖像測速系統(tǒng)
    6.3 試驗準(zhǔn)備
    6.4 結(jié)果分析
    6.5 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)和展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間科研成果



本文編號：3894959