柔性非光滑表面耦合气动减阻研究
发布时间：2024-02-04 01:19
当物体在流体中运动时,会受到流体阻力的作用。由于流体阻力阻碍了运动的进行,运载工具要在流体中维持运动,就需要消耗大量能量去克服阻力做功。目前,随着社会的高度发展和不可再生能源的巨大消耗,人类面临着严峻的能源危机,同时化学能源所带来的环境问题也日趋严重,如何缓解能源危机并减少环境破坏引起了世界各国政府和学者的高度关注。减少运载工具在流体中的运行阻力,可以有效降低能源的损耗,对保护环境也有积极的作用,一直以来是国内外学者的研究重点。本文在现有湍流减阻技术的基础之上,结合柔性壁面和非光滑表面的减阻特性,提出柔性非光滑表面耦合气动减阻研究。根据不可压缩流体沿光滑平板的湍流边界层特性,选择球形凹坑结构,设计柔性非光滑表面结构;使用UG NX 8.5软件和参数化建模方法,构建柔性非光滑表面仿真模型的流体域和固体域3D模型;基于双向流固耦合仿真,在ANSYS Workbench中搭建数值模拟仿真体系,研究柔性非光滑表面的摩擦阻力特性;设计四水平五因素正交试验,分析不同水平不同因素对表面摩擦阻力和表面减阻效果的影响。双向流固耦合仿真结果和正交试验分析表明:在柔性非光滑表面的五个设计因素中,包括壁面材料...
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 湍流减阻技术的研究进展
1.2.2 非光滑减阻技术的研究进展
1.3 本文主要内容及技术路线
1.3.1 课题来源
1.3.2 研究目的
1.3.3 主要研究内容
1.3.4 研究技术路线
1.4 章节结构安排
1.5 本章小结
第二章 柔性非光滑表面的设计原则
2.1 流体力学的基本知识
2.1.1 可压缩流体和不可压缩流体
2.1.2 流体的粘性
2.1.3 层流和湍流
2.2 绕流流动阻力与沿光滑平板的湍流边界层
2.2.1 绕流流动阻力
2.2.2 边界层的基本概念
2.2.3 不可压缩流体边界层内摩擦阻力
2.2.4 不可压缩流体沿光滑平板的湍流边界层
2.3 柔性非光滑表面结构设计和材料选择
2.3.1 非光滑表面的常见类型及选型
2.3.2 非光滑单元体尺寸设计
2.3.3 柔性非光滑表面设计
2.4 本章小结
第三章 柔性非光滑表面双向流固耦合数值模拟方法
3.1 流固耦合分析概述
3.2 ANSYS流固耦合分析
3.2.1 单向流固耦合分析
3.2.2 双向流固耦合分析
3.3 计算流体动力学概述
3.3.1 流体动力学控制方程
3.3.2 标准k-ε湍流模型
3.4 计算域设计和构建
3.5 双向流固耦合仿真体系构建
3.6 数值模拟求解方案
3.6.1 固体分析设置
3.6.2 流体分析设置
3.7 网格划分及独立性验证
3.7.1 网格独立性验证
3.7.2 步长独立性验证
3.8 数值模拟可行性验证
3.9 本章小结
第四章 柔性非光滑表面摩擦减阻特性分析
4.1 柔性非光滑表面正交试验设计
4.1.1 四水平五因素正交试验设计
4.1.2 极差分析
4.1.3 方差分析
4.2 柔性材料对表面摩擦阻力的影响
4.3 壁面厚度对表面摩擦阻力的影响
4.4 雷诺数对表面摩擦阻力的影响
4.5 本章小结
第五章 柔性非光滑表面减阻机理分析
5.1 流场速度分布分析
5.1.1 速度分布云图分析
5.1.2 速度矢量分布图分析
5.2 湍动能分析
5.3 壁面剪应力分析
5.4 变形分析
5.4.1 材料对变形的影响
5.4.2 厚度对变形的影响
5.5 本章小结
第六章 半圆沟槽环形低速风洞PIV试验
6.1 环形低速风洞
6.2 粒子图像测速系统
6.3 试验准备
6.4 结果分析
6.5 本章小结
第七章 总结和展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间科研成果
本文编号：3894959
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 湍流减阻技术的研究进展
1.2.2 非光滑减阻技术的研究进展
1.3 本文主要内容及技术路线
1.3.1 课题来源
1.3.2 研究目的
1.3.3 主要研究内容
1.3.4 研究技术路线
1.4 章节结构安排
1.5 本章小结
第二章 柔性非光滑表面的设计原则
2.1 流体力学的基本知识
2.1.1 可压缩流体和不可压缩流体
2.1.2 流体的粘性
2.1.3 层流和湍流
2.2 绕流流动阻力与沿光滑平板的湍流边界层
2.2.1 绕流流动阻力
2.2.2 边界层的基本概念
2.2.3 不可压缩流体边界层内摩擦阻力
2.2.4 不可压缩流体沿光滑平板的湍流边界层
2.3 柔性非光滑表面结构设计和材料选择
2.3.1 非光滑表面的常见类型及选型
2.3.2 非光滑单元体尺寸设计
2.3.3 柔性非光滑表面设计
2.4 本章小结
第三章 柔性非光滑表面双向流固耦合数值模拟方法
3.1 流固耦合分析概述
3.2 ANSYS流固耦合分析
3.2.1 单向流固耦合分析
3.2.2 双向流固耦合分析
3.3 计算流体动力学概述
3.3.1 流体动力学控制方程
3.3.2 标准k-ε湍流模型
3.4 计算域设计和构建
3.5 双向流固耦合仿真体系构建
3.6 数值模拟求解方案
3.6.1 固体分析设置
3.6.2 流体分析设置
3.7 网格划分及独立性验证
3.7.1 网格独立性验证
3.7.2 步长独立性验证
3.8 数值模拟可行性验证
3.9 本章小结
第四章 柔性非光滑表面摩擦减阻特性分析
4.1 柔性非光滑表面正交试验设计
4.1.1 四水平五因素正交试验设计
4.1.2 极差分析
4.1.3 方差分析
4.2 柔性材料对表面摩擦阻力的影响
4.3 壁面厚度对表面摩擦阻力的影响
4.4 雷诺数对表面摩擦阻力的影响
4.5 本章小结
第五章 柔性非光滑表面减阻机理分析
5.1 流场速度分布分析
5.1.1 速度分布云图分析
5.1.2 速度矢量分布图分析
5.2 湍动能分析
5.3 壁面剪应力分析
5.4 变形分析
5.4.1 材料对变形的影响
5.4.2 厚度对变形的影响
5.5 本章小结
第六章 半圆沟槽环形低速风洞PIV试验
6.1 环形低速风洞
6.2 粒子图像测速系统
6.3 试验准备
6.4 结果分析
6.5 本章小结
第七章 总结和展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间科研成果
本文编号：3894959
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3894959.html