仿生沟槽及超疏水表面减阻设计研究

发布时间：2017-03-20 14:08

  本文关键词：仿生沟槽及超疏水表面减阻设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着环境污染的日益加重,不可再生资源的日益枯竭,低碳环保可持续发展模式已经成为人类的共同追求的目标。因此，节能减排成为当今社会的热门话题。然而，减小航行体在海洋运动的阻力可以实现上述目的。在诸多减阻领域中，仿生减阻技术具有良好的效果，并且成本低，易实现等优点，成为最热门的研究对象。航行体的减阻就是通过尽可能的降低表面摩擦力。其中具有代表性的有仿生沟槽减阻技术和超疏水表面减阻技术。目前这两项减阻技术已经被应用到船舰、管道运输、体育比赛等其他领域。本论文依据仿生学原理，把仿生减阻的形貌抽象为矩形，来研究沟槽的几何尺寸和来流速度对流体状态和减阻效果的影响。通过采用ANSYS-workbench、ANSYS-ICEM、ANSYS-Fluent软件对其尺寸、网格进行建模、划分和模拟，分析了沟槽的尺寸对流速的速度梯度的影响，并且沟槽对流体压差阻力的影响。结果表明：矩形沟槽使流体产生的滚珠式的涡流，同时降低了流体与壁面之间的速度梯度，进而减小了流体的粘性阻力。但是，由于沟槽的存在流体会对沟槽的前后壁面产生压差阻力，通过模拟发现，当沟槽的宽度为0.1~1mm，高度在大于5mm时沟槽具有减阻作用，最大减阻效果为30%。超疏水表面具有很多优异的性能并广泛应用于工业和人们的生活中，特别是其减阻性能。通过研究发现超疏水表面必须具备以下特点：a具有维纳复合结构，b具有低的表面能，关键是结构的制备。本论文采用电弧喷涂制备超疏水涂层的形貌，并采用十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷对其进行低表面修饰，，得到最大接触角为151°。采用阻力测试仪对其阻力测试，来探究疏水表面对阻力性能的影响，同时研究不同水压下的减阻效果。
【关键词】：粘性阻力 压差阻力 数值模拟 超疏水制备 超疏水涂层减阻
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1. 绪论9-27
• 1.1 引言9-10
• 1.2 仿生减阻机制的研究现状10-13
• 1.3 仿生减阻的研究现状13-18
• 1.3.1 仿生沟槽减阻研的究现状16-17
• 1.3.2 仿生减阻—二维沟槽减阻的研究现状17-18
• 1.4 超疏水表面减阻的研究现状18-20
• 1.5 超疏水的制备方法20-23
• 1.5.1 刻蚀法20-21
• 1.5.2 电化学法21-22
• 1.5.3 溶胶-凝胶法22
• 1.5.4 超疏水制备方法的对比22-23
• 1.6 仿生减阻在实际中的应用23-25
• 1.6.1 气泡减阻23-24
• 1.6.2 高分子聚合物减阻24-25
• 1.6.3 柔性壁面减阻25
• 1.7 本文研究内容25-27
• 2. 仿生非光滑表面数值模拟计算27-35
• 2.1 引言27
• 2.2 模型建立27-28
• 2.3 流体边界层划分及性质28-31
• 2.4 近壁区的网格划分31-32
• 2.5 全局网格的划分32-33
• 2.6 湍流模型的选择33
• 2.7 边界条件的选择和设置33-35
• 3. 不同结构减阻的模拟及分析35-51
• 3.1 引言35
• 3.2 仿生沟槽对流场状态的影响及分析35-40
• 3.3 仿生沟槽对流场速度梯度的影响及分析40-42
• 3.4 仿生沟槽对流场压强差的影响及分析42-46
• 3.5 不同结构仿生沟槽减阻性能的模拟对比46-50
• 3.6 本章结论50-51
• 4. 超疏水减阻51-62
• 4.1 实验步骤51
• 4.2 电弧喷涂工艺对表面粗糙及疏水性能影响的研究51-55
• 4.3 硅氧烷自组装修饰 Zn-Al 合金涂层的疏水机理分析55-57
• 4.4 超疏水对减阻性能的影响研究57-61
• 4.4.1 实验装置与测试仪器57-59
• 4.4.2 实验测试及结果分析59-61
• 4.5 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-72
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果72-73
• 致谢73-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：257909