CN201383282Y - 一种新型减阻模型 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型减阻模型，该减阻模型是一种多V形的条纹结构，是将多V形条纹加工成为两种或两种以上尺度的条纹组合结构，尺度h的大小可从0.01mm～0.2mm之间任意选择，并将各个尺度的V形条纹循环相间加工，且保证各个尺度的V形条纹的长宽比为1。该减阻模型结构简单，易于工程应用且减阻效果好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种流体减阻模型研究，尤其是在湍流情况下的新型减阻模型。
背景技术
随着海洋开发和海防形势的变化，海洋利用区域不断扩大，并不断向深海、远海延伸，发展远航程的水下航行器已成为未来各国发展的一个主要方向。因此迫切需要解决水下航行器远航程技术。水下减小阻力是解决远航程技术的主要途径之一。根据理论推算，将航行器阻力减小10％，在能源和巡航航速不变的条件下，航程可以增加11.1％。另外，减小航行器阻力对缓解世界各国面临日益严峻的能源危机亦是极为重要的一部分。现有公开的文献“通过微气泡控制湍流边界层减阻的研究与进展(《船舶工程》，Vol.25，NO.1，2003，p1-5)”中提到了使用微气泡减阻的技术，它主要通过向航行体壁面小孔的边界层中引入直径约50μm的微气泡，从而达到很好的减阻效果，但该技术结构复杂，工程应用难度很大。而在另一文献“条纹沟槽表面水下航行器减阻实验研究(《力学与实践》，Vol.27，NO.2，2005，p18-21)”中提到了在回转体模型表面加工同一尺寸的条纹沟槽，通过这种结构在物面上形成微小沟槽来达到减阻的目的。目前，这种技术已投入实际应用，但是减阻效果一般。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种在湍流情况下的新型的减阻模型，通过此模型制作出的结构具有良好的减阻效果。
研究表明，大多水下模型的阻力主要来源于壳体外表面的湍流流动，而各种形状的条纹结构减阻与近壁区湍流结构的变化紧密相关，近壁区湍流结构的特征可概括为三个主要方面：一是湍流底层条带结构的形成和发展；二是纵向涡，横向涡，马蹄涡的形成和发展；三是猝发现象。这三者相互影响，形成近壁区复杂的湍流结构。低速条带越不稳定，猝发频率越高，湍能损失越大，摩阻损失越大。V形的条纹结构均可以控制条带结构的扩散，减少猝发现象的发生。在微小尺寸条纹结构的作用下，形成反向涡的低速通道，从而抑制条带的扩散；另一方面，展向平均流速分布的不均匀形成的速度梯度通过粘滞性而形成横向粘滞力，此粘滞力形成于条纹结构的顶端，可抑制反向涡的作用，减少高速流体向边壁输送，从而减少表面摩阻。
在不同雷诺数情况下，利用长宽比即s/h为1的V形条纹结构具有很好的减阻效果。而随着V形条纹结构尺寸的变化，减阻效果也随之发生改变。以往研究的模型大多是尺度相同的V型脊状结构，如附图1所示。而在对白鲨等动物表皮结构的微观研究中发现，其表面凸起结构并不规则，本实用新型从仿生学角度出发在等尺度V型脊状结构的基础上，提出一种新型的减阻模型。
本实用新型提出的新型减阻模型是一种多V形的条纹结构，具体是将多V形条纹加工为两种或两种以上尺度的条纹组合结构，如图2为两种不同尺度V型条纹的减阻模型，和图3为三种不同尺度V型条纹的减阻模型。其尺度h的大小可从0.01mm～0.2mm之间任意选择，并将各个尺度的V形条纹循环相间加工，且保证各个尺度的V形条纹的长宽比为1。
附图说明
下面结合附图对本实用新型新型减阻模型做进一步详细的说明。
图1为新型减阻模型尺度相同的V型条纹结构示意图。
图2为新型减阻模型两种不同尺度V型条纹的减阻模型示意图。
图3为新型减阻模型三种不同尺度V型条纹的减阻模型示意图。
具体实施方式
实施例1
图2是本实用新型的新型减阻模型两种不同尺度V型条纹的模型示意图。所述的新型减阻模型在一宽度为100mm，长度为500mm的平板上选取多V形的条纹结构，确定每组条纹组合结构由一个高度为0.1mm且长宽比为1的V形条纹和一个高度为0.15mm且长宽比为1的V形条纹组成，即s1＝h1＝0.15mm，s2＝h2＝0.1mm。在沿平板宽度方向上相间加工顺长度方向的此种多V形的条纹结构，一共加工400组。
然后，采用RNG k-ε湍流模型，选用不同的雷诺数应用FLUENT软件对上述组合结构进行迭代运算，得到16％的减阻量，根据此减阻模型所制作的多V形条纹结构完全可以应用于平板模型的减阻方面。
最后，在平板上加工这种多V形的条纹结构。为保证加工精度，宜采用激光加工的方法。
实施例2
参见图3，是本实用新型的新型减阻模型三种不同尺度V型条纹的模型示意图。所述的减阻模型在一直径为100mm，长度为400mm的回转体表面选取一组多V形的条纹结构，确定每组条纹组合结构由一个高度为0.05mm且长宽比为1的V形条纹，一个高度为0.1mm且长宽比为1的V形条纹和一个高度为0.25mm且长宽比为1的V形条纹组成，即s1＝h1＝0.05mm，s2＝h2＝0.1mm，s3＝h3＝0.25mm。在回转体外表面上相间加工顺长度方向的此种多V形条纹结构，一共加工200组。
然后，采用RNG k-ε湍流模型，选用不同的雷诺数应用FLUENT软件对上述组合结构进行迭代运算，得到15.8％的减阻量，可见根据此种减阻模型所制作的多V形条纹结构可以应用于回转体模型的减阻方面。
最后，在回转体模型上加工这种多V形条纹结构，为保证加工精度，宜采用激光加工的方法。
Claims (3)
1.一种新型减阻模型，其特征在于：所述的减阻模型包括两种或两种以上尺度的V形条纹结构，各个尺度的V形条纹循环相间加工。
2.根据权利要求1所述的新型减阻模型，其特征在于：所选用的V型条纹结构形状的长宽比为1。
3.根据权利要求1所述的新型减阻模型，其特征在于：所选用的V型条纹结构尺度h的大小可从0.01mm～0.2mm之间任意选择。
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2009
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