仿生射流表面减阻特性:孔径与速度耦合的数值模拟

需积分: 11 0 下载量 89 浏览量 更新于2024-08-08 收藏 2.08MB PDF 举报
"仿生射流表面孔径与射流速度耦合减阻特性数值模拟 (2012年)" 本文是一篇工程技术领域的论文,主要探讨了仿生射流表面在流体动力学中的减阻特性。研究者们受到鲨鱼鳃裂部位射流特征的启发,构建了具有类似特征的仿生射流表面模型和可拓模型。他们采用了SST k-ω湍流模型进行数值模拟,以20 m/s的主流场速度为基准,研究了不同孔径大小和射流速度组合对壁面摩擦阻力、压差阻力以及减阻率的影响。 在该研究中,关键知识点包括: 1. **仿生学理论**:仿生学是借鉴自然界生物形态和功能来解决工程问题的科学。在这里,研究人员利用鲨鱼鳃裂的结构来设计减阻表面,因为这种结构在鲨鱼游泳时能有效减少水的阻力。 2. **非光滑表面减阻**:通过模仿生物体表面的不规则性,可以改变流体流动的特性,降低壁面摩擦力和压差阻力,从而实现减阻。 3. **SST k-ω湍流模型**:这是一种广泛用于流体动力学计算的湍流模型,能够精确地描述复杂流动中的湍流现象。在本研究中,它被用来模拟仿生射流表面的流场。 4. **射流孔径与射流速度耦合**:研究发现射流孔径和速度的组合对减阻效果有显著影响。具体来说,当射流孔径为5mm时,与特定的射流速度结合,可以达到最大的平均减阻率,约为11.566%。 5. **减阻机理分析**:通过数值模拟,研究者分析了减阻的物理机制,这可能涉及到射流引起的流体层分离改变,以及对边界层的影响,从而减少阻力。 6. **多因素耦合研究**:这项工作为未来研究仿生射流表面在更多参数耦合条件下的减阻特性提供了基础,意味着可以探索其他变量如射流角度、频率等对减阻效果的影响。 这篇论文展示了如何运用仿生学原理和数值模拟技术来优化流体动力学性能,尤其是在减少流体阻力方面。通过调整射流表面的孔径和射流速度,可以实现显著的减阻效果,这对船舶、飞机和其他需要减少阻力的工程设计具有重要启示。