扁平微泡减阻数值模拟

扁平微泡减阻数值模拟

一、平板微气泡减阻的数值模拟(论文文献综述)

冯岩岩,李振林,姬忠礼[1](2021)在《平板湍流边界层微气泡减阻的大涡模拟》文中研究说明采用大涡模拟研究了通入微气泡对光滑平板及部分粗糙平板湍流边界层减阻的影响。在计算域进口引入扰动以在较短距离内生成雷诺数(基于边界层动量厚度)为1 430的平板湍流边界层。利用Weierstrass-Mandelbrot分形函数生成算术平均粗糙高度为75μm的粗糙表面轮廓曲线。结果表明,微气泡体积分数增大时,作用在微气泡上的浮力较大,导致拟序结构远离壁面,并且边界层内部动量交换强度降低,摩擦阻力降低明显;无微气泡时,粗糙表面的存在使得其下游速度条带数量减少,尺寸有所增加,其壁面摩擦系数小于光滑平板情况;在相同的通入微气泡体积分数下,部分粗糙平板上的减阻量小于光滑表面,一方面是由于部分粗糙表面平板本身的摩擦阻力系数较小,另一方面是粗糙表面吸附了一部分微气泡,减弱了微气泡的减阻效果。

王路遥[2](2021)在《通气空腔两相流动及其减阻增稳效应研究》文中进行了进一步梳理船舶装备的节能、增速和增稳问题是船舶运输领域重要的研究课题,以船底通气流动控制为手段的减阻增稳技术是提升运载体性能与能耗指标的重要途径之一。其中,由主动通气形成一定尺度的通气空腔能显着影响近壁面边界层流体的流动特征,可有效降低船舶运输装备的摩擦阻力,并提升运载体整体的纵向动稳性,在高性能船舶方向具有重要的应用价值。本文面向高速船舶的通气流动控制增效增稳需求,基于两相流数值模拟、水洞通气平板实验和静水拖曳水池通气船模实验,探索通气空腔流动、减阻及船体动稳定性问题,以期探究通气空腔两相流的流动机理问题,为工程应用提供理论支撑。本文的主要工作包括以下几个方面:1.面向水洞实验和静水拖曳实验,搭建了包含阻力测量、两相流动可视化等功能的平板实验机构和通气船模实验装置,建立了通气平板和拖曳船模两相流数值计算模型。2.针对通气空腔流的边界层特征及减阻机理问题,研究发现可以将中高弗鲁德数来流下形成的空腔划分为三个具有明显流动差异的区域,即连续空腔区,过渡空腔区和混流空腔区。这三个空腔区在流向的流动状态、密度、粘度和壁面剪应力上表现出显着的区域化差异。在此基础上,建立了阻力降低同空腔边界层特征值之间的量化关系,并构建了半经验预测模型,能较好地预测流动方向连续空腔和混流空腔区的壁面剪切应力值。3.针对通气空腔流的两相流动问题,梳理了在水洞实验中出现的三种稳定几何形态的空腔和水池实验发现的七种不同流动模式的空腔结构,分析了通气空腔的生成演化特征、形态(拓扑)分布及其转变机理,研究了空腔闭合脱落规律。探究了气体射流动量和气液相之间的压差力在影响空腔形态上的主导性问题。4.针对通气空腔流的减阻增稳问题,建立了包含附加能耗的净节省功率估算方程,得到了净节省功率关于弗鲁德数的关系曲线,研究得到的船模最大减阻率范围为10%-30%。发现了通气空腔对船模高速纵向失稳(海豚运动失稳)的抑制作用,并揭示了中/高弗鲁德数下空腔增稳效应的作用机制,即纵倾值的降低致使的船体排水体积的增加直接导致了海豚运动失稳现象的消失。本文在现有通气减阻理论和应用研究成果的基础上,研究通气空腔流的两相流动机理,研究发现了空腔流型的转变机制、空腔边界层区域化的流动特征以及空腔对海豚运动失稳现象的抑制作用,阐明了通气空腔流的减阻增稳机理,成果可为高性能水面运输装备的减阻、提速、增稳设计即工程应用提供支撑。

赵晓杰[3](2021)在《喷气减阻特性及机理研究》文中研究表明近年来,船舶喷气减阻技术以其操作简单、环境友好、造价低廉、具有良好减阻潜力等明显优势越来越受到人们的关注。喷气减阻技术主要有两种形式:微气泡减阻和气层减阻。喷气减阻想法虽然简单,但是在实际应用中仍然存在一些问题,比如喷气减阻效果在实验室和实际船舶应用中差别较大,因此,有必要研究喷气减阻的特性和机理。本文基于计算流体力学开源工具OpenFOAM,建立喷气减阻数值模型,并结合实验结果,对喷气减阻的特性和机理进行研究,主要的工作如下:首先,介绍喷气减阻数值模型,包括微气泡减阻数值模型和气层减阻数值模型。对于微气泡减阻,将气体视为离散相,将液体视为连续相,采用欧拉-欧拉双流体模型建立微气泡减阻数值模型。该模型考虑了相间作用力、气泡对湍流的影响以及气泡的聚并和破碎。对于气层减阻,采用体积分数法建立气层减阻数值模型。该模型考虑了表面张力以及湍流。第二,利用数值方法研究微气泡对两种阻力成分的减阻问题。进行二维平板微气泡减阻数值模拟,验证本文的微气泡减阻数值模型,此外,研究气泡变形和浮力对微气泡减阻的影响,分析其流场特性,探讨微气泡减阻机理。进行二维回转体微气泡减阻数值模拟,研究微气泡对两种阻力成分的减阻,分析其流场特性。研究尾部形状对两种阻力成分微气泡减阻的影响,分析其流场特性。第三,采用微气泡减阻数值模型和气层减阻数值模型对三维回转体喷气减阻进行数值模拟,对减阻率突变现象进行数值研究,研究该喷气减阻特性的机制。提出基于喷气量的数据耦合方法来计算突变区减阻率。分析其流场特性。探讨喷气减阻机理。对微气泡减阻影响参数进行敏感性分析,初步探讨相关影响参数对微气泡减阻的影响程度。第四,进行气层减阻稳定性数值研究。在气层减阻数值模型基础上,结合动网格技术,建立考虑运动的气层减阻数值模型,研究水下回转体在周期运动下的气层减阻稳定性问题。针对纵摇和垂荡两种典型运动,研究运动对摩擦阻力、减阻率和气体形态的影响,研究运动幅度、运动周期、流速和喷气量对气层减阻稳定性的影响。最后,设计一个船模,并专门设计和研发一套喷气装置,通过实验研究不同吃水、不同航速和不同喷气量下的船模喷气减阻,对前面章节数值研究得到的部分结论进行验证,此外,分析吃水对喷气减阻的影响,对船模的喷气减阻进行数值模拟,旨在发展船舶喷气减阻预报技术,并对喷气减阻相关问题做进一步探讨。

彭胜伟[4](2021)在《水陆两栖车水下减阻研究》文中认为水陆两栖车作为一种两栖车辆,既可以在陆地行驶,又可以泛水浮渡。但通常情况下,水陆两栖车不具备水下运动的能力,限制了其在海洋探测中的作用,而具备水下运动能力的两栖车,陆上行走装置的存在增加了其在水中运动时的阻力,影响了其航行速度与里程。基于此,本文以某入水型水陆两栖车为研究对象,通过数值模拟仿真的方式,研究了不同减阻方式对水陆两栖车水下阻力的影响。首先,介绍了几种较为典型的水下减阻技术,着重介绍了仿生非光滑表面减阻技术。通过三维绘图软件,根据1:1的比例,建立了两栖车仿真模型,为提高仿真效率,在建模过程中对两栖车进行了适当的简化处理,并利用数值模拟仿真软件,对该两栖车模型进行了匀速直航状态下的仿真模拟。其次,通过分析仿真所得的速度场、压力场以及湍流场,针对在履带内部以及壳体底部湍流强度较高的状况,提出添加履带护板的优化措施;针对壳体尾部发生流动分离,导致两栖车前后压差较大,提出添加尾翼的优化措施。并进行了相应的数值模拟仿真,结果显示同时添加履带护板和尾翼的优化措施,可获得最佳减阻效果。然后,为确保非光滑表面减阻研究的顺利进行,将两栖车按照8:1的比例进行缩放,并根据两栖车运动速度确定了非光滑表面结构的特征尺寸,将不同特征尺寸的沟槽结构分别添加在尾翼下方的固定区域。通过仿真研究了不同来流速度以及特征尺寸下连续V型沟槽结构的减阻效果。最后,研究了在两栖车尾翼、壳体底部以及履带侧板不同位置分别添加沟槽结构,对于两栖车航行阻力的影响,发现在这三个位置添加沟槽均有减阻效果,其中在尾部添加沟槽的减阻效果最好,在1.5m/s的来流速度下,最大可获得4.225%的阻力系数减阻效果。

张忠彬[5](2021)在《仿生鱼鳞微结构制造及其减阻性能研究》文中研究指明随着海上运输与水下航行技术的发展,流体减阻作为节约能源,减少环境污染的重要技术方法,不断成为国际的研究热点。许多学者以仿生学为基础对水生生物进行研究,结果表明许多生物的体表结构都具有独特的减阻性能,所以将生物体表的形貌特征复制成型于材料表面,是可行且具有重要意义的研究方向。如何大规模、低成本地优化和制造仿生表面是仿生减阻技术的研究重点。本课题提出了一种加工效率高、成本低、清洁环保的加工方法,以鱼类体表鳞片形态特征为生物原型,在铝合金表面进行激光刻蚀,制备仿生鱼鳞表面。主要研究内容和结论如下:1)观察鱼鳞鳞片的排列及形态特征,总结并提取仿生鱼鳞的生物原型,将鱼鳞的排列和形态特征抽象为斜沟槽结构,构建了具有凹坑结构的仿生鱼鳞三维模型。基于构建的三维模型设计激光的刻蚀路径,使用光纤激光器在光滑铝合金表面加工出不同形态的仿生鱼鳞结构。使用超景深电子显微镜、激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜对制备的仿生鱼鳞表面微观形貌及其元素组成进行表征。2)使用COMSOL软件研究仿生鱼鳞表面的流场特性,通过数值模拟的方法,对仿生鱼鳞夹角、沟槽深度、排列间距及水流速度四种因素的单因素试验和正交试验进行研究,获得了各因素的最优组合:鱼鳞夹角120°,凹坑深度130μm,排列间距2300μm,水流速度0.4m/s,该组合的理论减阻率为7.8460%。通过数值模拟分析和对比各表面的流场特性,发现所有仿生鱼鳞表面都分布着明显的“低阻力带”,相对于同水流速度下的光滑表面,仿生表面的平均粘性应力更小,表现出了明显的减阻效果,并且在仿生鱼鳞沟槽内产生了“二次流”漩涡。3)基于压差阻力测试原理,搭建流体减阻试验装置。整套试验装置包含了完整的进水驱动、流量控制及压强测试三个部分。根据设计的正交试验方案制备仿生鱼鳞样件,对所有样件进行表面减阻性能测试,分析样品表面的减阻率,结果表明,仿生鱼鳞表面具有减阻效果,实际测得的最大减阻率为8.2745%。基于数值模拟对流场特性的分析,结合目前的沟槽减阻技术,阐述仿生鱼鳞表面的减阻机理,在鱼鳞沟槽内产生的漩涡结构,起到了“流体滚动轴承”的作用,有效地降低了壁面粘性应力,并且与普通横向沟槽相比,仿生鱼鳞表面具有明显的减阻技术优势。

侯金铭[6](2021)在《基于金刚石印压微结构的减阻性能研究》文中研究说明随着科学技术的高速发展,石油、天然气等不可再生能源被人们大量的开采使用,能源问题已经成为现阶段人们急需解决的问题。为了解决能源问题,需要在管道运输、航天航海等领域,减少流体的阻力从而有效的提高能源的利用率,缓解当下的能源危机。在此种环境下,对于仿生非光滑表面减阻的研究逐渐受到关注。仿生非光滑表面减阻是当下仿生学研究中的热点,经过了几十年的发展后取得了不错的研究成果,但目前大多数的研究方向都是面对于沟槽型非光滑表面,对其他形状的减阻微结构的研究还比较少。因此本文依据仿生学的原理提出一种新型的减阻微结构,将其应用于流体减阻领域并研究其减阻性能与加工方法,补充了现有的仿生减阻微结构种类,对仿生非光滑表面减阻的发展与应用具有重要意义。首先基于工程仿生学研究的基本方法,在现有减阻微结构的基础上受到水力机械与沙漠地表形态和生物表面凹坑的启发,提取生态表面的减阻信息特征,由此建立鱼鳞型凹坑模型。在此基础上使用FLUENT对其进行数值模拟研究,为了进一步的分析鱼鳞型凹坑的减阻机理,主要从速度场、壁面剪应力、湍流统计量三个方面对减阻的原理进行细致的研究。为了获取不同凹坑尺寸与排列方式的鱼鳞型凹坑的减阻效果,本文采用了正交试验法,进行了在不同情况下的仿真模拟试验研究。通过方差分析与极差分析最终得到各因素对鱼鳞型凹坑非光滑表面减阻率的影响程度,并且根据试验结果得到了在预设尺寸范围内最优的鱼鳞型凹坑非光滑表面尺寸参数。最后根据试验加工需求设计并开发了金刚石印压微结构平台,并针对角度调节装置与精密驱动主轴关键部件进行详细分析与设计。根据需要加工尺寸的凹坑建立了刀具尺寸模型,针对印压过程中的偏心现象建立数学模型,计算得到压头倾斜角度的表达式,并在铜片上加工出与理论模型减阻特征相符的鱼鳞型凹坑微结构。最后搭建实验平台验证鱼鳞型凹坑非光滑表面的减阻性能,证明了理论分析与仿真模拟实验的正确性。本文的研究成果为仿生非光滑表面减阻技术的工程化、实用化提供了依据,对未来的非光滑表面减阻应用技术的发展起到了推动作用。

赵晓杰,宗智,姜宜辰[7](2020)在《基于OpenFOAM的平板微气泡减阻数值分析》文中认为本文基于OpenFOAM两相欧拉求解器(twoPhaseEulerFoam)对二维平板进行微气泡减阻数值模拟。模型直接求解两相N-S方程,同时采用标准k-ε湍流模型,并考虑两相间作用力的影响,通过求解界面输运方程来模拟气泡的聚并和破碎。将数值结果和Madavan[1]试验结果进行对比,验证了模型的可行性。分析了不同流速下气泡直径、通气速度、浮力对减阻率的影响,并且研究了气泡对边界处流体速度分布、气体体积分数的影响。从数值结果可以看出通气速度较大且气泡直径较小时,减阻效率高,并且浮力对减阻有一定影响。

王珺[8](2020)在《仿生非光滑结构对水泵叶片阻力的影响》文中研究表明水泵被应用于工农业生产的各个领域,作为一种不可或缺的供能设备,不同泵类产品大量应用于各行各业。与此同时,消耗在泵类器械上的资源占比也逐年增高。而在水泵的耗能中有绝大部分的能量消耗在水泵叶轮的摩擦阻力上,因此如何减小水泵叶轮的摩擦阻力,提高水泵能量利用率,降低能耗,节约资源,对我国节能减排具有重要意义。非光滑表面减阻作为被动控制的减阻方式,设备运行过程中无需附加能量投入,依靠自身特有的非光滑表面便能达到减阻的目的,是一种高效节能的减阻方式。本文从仿生学角度出发,利用计算流体力学(CFD)的方法,选用水泵类机械设计的基础翼型—NACA0012翼型对非光滑表面的减阻机理进行数值计算研究。首先选用RNG k-ε湍流模型,以平板实验探究CFD计算的准确性。在多种雷诺数下,对V型、方型以及凸包型非光滑结构进行阻力筛选,实验表明V型非光滑结构对雷诺数变动适应性强,对壁面处湍流具有抑制作用,并表现出较好的减阻能力。选定V型非光滑结构进行NACA0012翼型非光滑表面减阻研究。根据NACA0012翼型的几何特点,划分前中后三个非光滑结构区,设定V型结构高度为h,开口尺寸为s,定义6种粗糙度分别为h=s=1/100L,h=s=1/200L,h=s=1/500L,h=s=1/1000L,h=s=1/1500L,h=s=1/2000L。计算结果表明在低雷诺数时,布置于翼型后段,粗糙度h=s=1/1500L的V型结构具有增加黏性底层厚度,降低壁面湍动能,有效抑制湍流猝发的作用。且减阻效果最佳,最大减阻7.4%。引入间隔尺寸d,构造一种类似于鲨鱼表皮几何构型的脊状结构,定义d=0,d=0.5s,d=s,d=1.5s,d=2s,d=2.5s,d=3s。通过数值计算发现,不同位置处的脊状结构在不同雷诺数下表现出不同的减阻效果,且粗糙度与间隔尺寸的搭配也呈现出非线性关系。从二次涡流角度解释了减阻机理,并发现脊状结构更适用于高雷诺数环境,且在较高雷诺数时出现的最优间隔尺寸增大现象对脊状结构的构造更为有利,可有效降低非光滑水泵叶片的加工成本。

王秀蕊[9](2020)在《射流孔结构对水下喷气平板减阻影响研究》文中研究指明随着社会经济的快速发展,能源与环境问题日益突出,船舶运输业正面临着前所未有的挑战,航运业存在的高消耗、重污染问题越来越受到国内外关注。目前气泡减阻技术已经成为船舶减阻的重要技术之一,通过向船舶底部表面注入气泡,使其在船底表面形成一层气泡层,改变湍流边界层的流动状态,能有效的降低船底表面摩擦阻力。气体通过射流孔喷入船底表面,射流孔的形状与喷气状态对减阻效果存在一定影响。本课题针对此问题,开展射流孔结构对减阻的影响研究。针对射流孔结构对减阻效果影响,将一种新型的猫耳朵形射流孔应用到水下喷气平板减阻中,并研究射流管倾斜角度与喷气速度对减阻的影响。本文以三维单射流孔喷气平板为研究对象,应用Mixture多相流模型及k-ε湍流模型模拟出喷气减阻所需环境,其中来流雷诺数Re=318000,分别模拟圆形射流孔,扩张形射流孔以及不同参数下的猫耳朵形射流孔喷气平板的减阻情况,并对沿来流方向平板局部减阻效果进行详细分析比对,结果显示前端与孔轴线夹角(前倾角)为15°,与平板上孔中心线夹角(扩张角)为40°的猫耳形射流孔整体减阻效果最佳,较出口面积相同的圆形射流孔提高5%左右。以圆形射流孔为研究对象,研究不同喷气角度(20°,25°,30°,35°,40°,45°,60°和90°),射流速度(1.5 m/s,2.5 m/s,5 m/s)以及不同出口面积下的减阻情况,分析了出口面积对减阻效果的影响,确定出40°为减阻效果最优的喷气角度且射流速度比为0.3时减阻效果最好。针对多射流孔下喷气平板减阻影响,分析得出展向孔间距比与流向孔间距比对喷气平板的减阻影响规律,并确定出减阻效果最佳的孔间距比。本文以三维多射流孔喷气平板为研究对象,分别模拟分析单排射流孔展向孔间距比L1/D0=1.5,2,2.5,3四种情况下(L1为两孔间展向间距,D0为射流孔出口直径),以及双排射流孔流向孔间距比L2/D0=1.5,2,2.5,3,3.5,4六种情况下(L2为两孔间流向间距)的喷气平板减阻效果。结果显示,单排射流孔情况下,随着孔间距比增大,平板整体减阻率降低;多排射流孔情况下,随着孔间距增大,减阻率呈现间距比1.5-3.5间先增大大于3.5后减小的趋势,L2/D0=3.5时减阻率最高,可达22.9%,进而确定多射流孔排列原则。

史同雨[10](2020)在《基于壁面加热及超声空化协同的船舶减阻基础研究》文中进行了进一步梳理船舶航运在经济性和安全性上都拥有巨大优势,在全球货物流动中占据着不可动摇的地位。但船舶所带来的能耗及污染问题也受到广泛关注,中国船级社推出的《绿色生态船舶规范》中关于治理能耗及污染提出了绿色船舶新技术,其中包括了船舶发动机余热回收及船舶微气泡减阻新技术这两部分。所以,如果能将船舶废热与微气泡减阻技术相结合,协同作用于船舶阻力,这对治理船舶能耗及污染问题具有深远意义。为此,本文提出了一种基于壁面加热及超声空化协同作用的船舶减阻新方式,主要开展了如下几方面工作:(1)搭建实验台对壁面加热及超声空化协同作用的影响因素及影响规律进行了实验研究,主要研究了超声功率及超声频率在不同水温下对强化换热效果的影响,并用此结果为后续试验进行指导。(2)对壁面加热及协同作用对船舶阻力影响进行了理论分析,并建立了理论模型,寻找影响阻力的关键因素;此外,利用前置实验的结果对船模试验装置进行了选型设计。(3)利用船模试验对单独加热减阻方式及协同作用减阻方式进行了试验研究,分别研究了加热功率、航速及超声开启状态对阻力的影响,并对两种减阻方式进行了分析及对比,寻找出了最优试验工况。通过上述的研究工作,得到了如下几点结论:(1)当壁面加热加入超声波后,在不同水温下,换热系数都随着超声功率的升高而增大,都在400W时获得了最高的换热系数;换热系数随超声波频率的升高先升高后降低,所有实验工况基本都在66kHz频率下获得了最高换热系数。(2)船模采用单独壁面加热的减阻方式时,在船模航速不改变的前提下,随着加热功率的提升,减阻率随之升高,减阻率最高值可达11.651%;在加热功率不改变的前提下,随着航速的升高,减阻率随之降低,船模减阻率最小值为1.818%。(3)船模采用协同作用的减阻方式时,减阻率的改变趋势与单独壁面加热时基本相同,减阻率最高值可达14.584%,船模减阻率最小值为2.203%。并且对两种减阻方式获得的试验结果进行对比,结果表明,在相同的航速及加热功率下,协同作用下的减阻率都高于单独壁面加热下的减阻率。所以,在本文试验范围内,壁面加热与超声空化协同作用的减阻方式为更加优秀的减阻方式。

二、平板微气泡减阻的数值模拟(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、平板微气泡减阻的数值模拟(论文提纲范文)

(1)平板湍流边界层微气泡减阻的大涡模拟(论文提纲范文)

0 引言
1 数值方法及其验证
    1.1 数值计算模型及网格
    1.2 粗糙表面的分形模拟
    1.3 模拟结果验证
2 结果与讨论
    2.1 减阻量分析
    2.2 流向参数分布
    2.3 法向参数分布
3 结论

(2)通气空腔两相流动及其减阻增稳效应研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
符号表
第1章 引言
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 通气减阻方法
        1.2.2 二维空腔势流理论
        1.2.3 通气空腔两相流体动力学研究现状
        1.2.4 通气减阻机理研究现状
        1.2.5 船模高速纵向失稳研究现状
    1.3 目前研究中存在的问题
    1.4 研究目标和内容
第2章 实验和数值模拟方法
    2.1 平板通气水洞实验和数值模拟
        2.1.1 平板通气水洞实验
        2.1.2 平板通气水洞数值模拟
        2.1.3 数值模拟方法验证
    2.2 船模拖曳水池实验和数值模拟
        2.2.1 船模拖曳水池实验
        2.2.2 船模拖曳水池数值模拟
        2.2.3 数值模拟方法验证
    2.3 本章小结
第3章 平板通气空腔两相流动及其减阻机理
    3.1 通气空腔两相流动特征
        3.1.1 空腔形成及其演化特征
        3.1.2 空腔流型分布特征及其形成机理
    3.2 通气空腔减阻机理
        3.2.1 边界层解析方程
        3.2.2 边界层速度分布
        3.2.3 边界层密度和粘度分布
        3.2.4 壁面剪切应力分布特征及其半经验预测模型
    3.3 本章小结
第4章 船模通气空腔两相流动及减阻效应
    4.1 通气空腔两相流动特征
        4.1.1 空腔流型特征
        4.1.2 空腔闭合和脱落特征分析
        4.1.3 空腔拓扑特征及其形成转变机理分析
    4.2 通气空腔气量需求分析
        4.2.1 空腔生长曲线量化分析
        4.2.2 空腔气量需求相关性分析
    4.3 船模减阻效果及能耗节省分析
        4.3.1 船模净减阻特征
        4.3.2 船模能耗节省分析
    4.4 本章小结
第5章 通气空腔对船模纵向运动失稳的抑制作用
    5.1 船模固有的水动力特征
    5.2 通气空腔对船模海豚运动的抑制特征
    5.3 船模纵向增稳机理
    5.4 本章小结
第6章 总结和展望
    6.1 本文总结
    6.2 创新点
    6.3 不足与展望
参考文献
作者简历

(3)喷气减阻特性及机理研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 模型试验和实船实验研究
        1.2.2 数值研究
    1.3 本文主要研究思路与内容
2 喷气减阻数值模型
    2.1 微气泡减阻数值模型
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 相间作用力模型
    2.2 气层减阻数值模型
        2.2.1 质量守恒和动量守恒控制方程
        2.2.2 湍流控制方程
        2.2.3 气体体积分数输运控制方程
    2.3 控制方程数值离散
    2.4 边界条件
    2.5 求解算法
    2.6 本章小结
3 微气泡对两种阻力成分减阻数值研究
    3.1 二维平板微气泡减阻数值研究
        3.1.1 计算区域与边界条件
        3.1.2 网格划分
        3.1.3 计算条件
        3.1.4 网格分辨率分析
        3.1.5 数值模型验证以及气泡变形对微气泡减阻的影响
        3.1.6 浮力对微气泡减阻的影响
        3.1.7 流场特性分析
        3.1.8 微气泡减阻机理探讨
    3.2 二维回转体微气泡减阻数值研究
        3.2.1 几何模型
        3.2.2 计算区域和边界条件
        3.2.3 网格划分以及网格收敛性分析
        3.2.4 数值模型验证
        3.2.5 两种阻力成分的减阻分析
        3.2.6 流场特性分析
    3.3 不同尾部形状二维回转体微气泡减阻数值研究
        3.3.1 几何模型
        3.3.2 计算区域和边界条件
        3.3.3 网格划分
        3.3.4 两种阻力成分的减阻分析
        3.3.5 流场特性分析
    3.4 本章小结
4 减阻率突变现象数值研究
    4.1 几何模型和计算区域
    4.2 边界条件
        4.2.1 微气泡减阻数值模型
        4.2.2 气层减阻数值模型
    4.3 计算条件
    4.4 网格划分和网格收敛性分析
    4.5 两种数值模型验证
    4.6 减阻率突变现象机制分析
        4.6.1 两种数值模型计算的减阻率
        4.6.2 基于喷气量的数据耦合方法
    4.7 流场特性分析
        4.7.1 混合流形态
        4.7.2 微气泡减阻时气体体积分数分布
        4.7.3 气泡直径变化
        4.7.4 不同气泡直径下气体体积分数分布
    4.8 喷气减阻机理探讨
    4.9 微气泡减阻影响参数的敏感性分析
    4.10 本章小结
5 气层减阻稳定性数值研究
    5.1 动网格技术
    5.2 几何模型和计算区域
    5.3 计算条件
    5.4 网格划分及网格收敛性分析
    5.5 计算结果与分析
        5.5.1 气层减阻数值模型验证
        5.5.2 摩擦阻力和减阻率的变化
        5.5.3 气层形态变化
        5.5.4 运动幅度对气层减阻稳定性影响
        5.5.5 运动周期对气层减阻稳定性影响
        5.5.6 流速对气层减阻稳定性影响
        5.5.7 喷气量对气层减阻稳定性影响
    5.6 本章小结
6 船模喷气减阻验证实验和数值研究
    6.1 船模喷气减阻验证实验
        6.1.1 实验模型
        6.1.2 实验设备
        6.1.3 实验方案设计
        6.1.4 三种减阻阶段的验证
        6.1.5 气泡直径对微气泡减阻影响的验证
        6.1.6 气层覆盖面积对气层减阻影响的验证
        6.1.7 吃水对减阻率的影响
    6.2 船模喷气减阻数值研究
        6.2.1 几何模型和计算区域
        6.2.2 边界条件
        6.2.3 计算条件
        6.2.4 网格划分及网格收敛性分析
        6.2.5 减阻率分析
        6.2.6 流场特性分析
        6.2.7 毫米级气泡导致增阻分析
    6.3 船模喷气减阻总结与建议
    6.4 本章小结
7 结论与展望
    7.1 论文总结
    7.2 创新点
    7.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介

(4)水陆两栖车水下减阻研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国内外水下减阻技术
        1.2.2 非光滑表面减阻国内外研究现状
    1.3 本文的研究内容
第2章 两栖车水下阻力分析和湍流边界层减阻机理
    2.1 两栖车水下阻力分析
    2.2 湍流边界层理论及近壁区湍流猝发过程
        2.2.1 湍流边界层理论
        2.2.2 近壁区湍流猝发过程
    2.3 沟槽减阻机理
        2.3.1 “第二涡群”论
        2.3.2 “突出高度”论
    2.4 本章小结
第3章 水陆两栖车外形减阻研究
    3.1 两栖车水下减阻研究方法
    3.2 XFlow软件介绍
        3.2.1 介观模型介绍
        3.2.2 格子玻尔兹曼方法介绍
        3.2.3 LES湍流模型
    3.3 水陆两栖车模型CFD仿真
        3.3.1 水陆两栖车模型的建立
        3.3.2 计算域的确定
        3.3.3 设定求解条件
        3.3.4 格子尺度优化
    3.4 仿真结果分析及外形优化仿真
        3.4.1 仿真结果分析
        3.4.2 建立外形优化模型
        3.4.3 优化模型仿真结果及流场分析
    3.5 本章小结
第4章 水陆两栖车沟槽减阻研究
    4.1 沟槽的确定
        4.1.1 确定沟槽尺寸
        4.1.2 确定沟槽结构
    4.2 尾翼固定区域添加沟槽仿真
        4.2.1 建立仿真模型
        4.2.2 仿真结果分析
    4.3 流场分析
        4.3.1 速度场分析
        4.3.2 压力场分析
        4.3.3 湍流场分析
    4.4 尾翼不同位置添加沟槽结构仿真
        4.4.1 仿真方案设计
        4.4.2 仿真结果分析
        4.4.3 流场分析
    4.5 底部不同位置添加沟槽结构仿真
        4.5.1 仿真方案设计
        4.5.2 仿真结果分析
        4.5.3 流场分析
    4.6 侧板不同位置添加沟槽结构仿真
        4.6.1 仿真方案设计
        4.6.2 仿真结果分析
        4.6.3 流场分析
    4.7 本章小节
第5章 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 研究展望
参考文献
作者简介及科研成果
致谢

(5)仿生鱼鳞微结构制造及其减阻性能研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 减阻技术现状
        1.2.2 鲨鱼皮减阻现状
        1.2.3 鱼鳞减阻现状
    1.3 表面减阻性能测试方法
    1.4 本文主要研究内容
第2章 仿生鱼鳞表面设计与加工
    2.1 鱼鳞形貌观察
        2.1.1 仿生对象选择
        2.1.2 鳞片的分类和特征
        2.1.3 鱼鳞排列形态特征
        2.1.4 鱼鳞表面微观结构
    2.2 鱼鳞表面仿生设计
    2.3 仿生鱼鳞表面加工
        2.3.1 加工方法的选择
        2.3.2 激光加工技术的原理及分类
        2.3.3 加工设备与试验材料
        2.3.4 激光加工参数
        2.3.5 激光加工路径设计
    2.4 仿生鱼鳞表面表征
        2.4.1 仿生鱼鳞表面微观形貌
        2.4.2 仿生鱼鳞表面元素组成
    2.5 本章小结
第3章 仿生鱼鳞表面减阻特性数值模拟
    3.1 仿生模型建立与边界条件设置
        3.1.1 模型建立
        3.1.2 层流物理场及控制方程
        3.1.3 计算域网格划分
        3.1.4 边界条件设置
    3.2 单因素试验数值模拟
        3.2.1 试验因素与试验水平的选取
        3.2.2 单因素试验数值模拟结果
    3.3 正交试验数值模拟
        3.3.1 试验因素与水平的确定
        3.3.2 正交试验方案设计
        3.3.3 正交试验结果分析
    3.4 数值模拟减阻特性与结果分析
        3.4.1 流场与壁面应力分布特性分析
        3.4.2 仿生鱼鳞表面粘性应力特性分析
        3.4.3 流场边界层与速度流线分析
    3.5 本章小结
第4章 铝合金仿生鱼鳞表面减阻性能试验
    4.1 减阻装置总体设计
    4.2 压差测试槽道设计
        4.2.1 压差测试槽道整体设计
        4.2.2 压差测试槽道设计原理
        4.2.3 压差测试槽道进、出水口位置确定
        4.2.4 测压槽道横截面尺寸计算
    4.3 减阻试验装置的其他元件选择
    4.4 减阻试验
        4.4.1 减阻试验测试步骤
        4.4.2 减阻率计算公式
        4.4.3 压差测试结果与减阻率计算
    4.5 减阻机理分析
        4.5.1 横向沟槽减阻机理分析
        4.5.2 仿生鱼鳞沟槽减阻的优势
    4.6 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
致谢

(6)基于金刚石印压微结构的减阻性能研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 减阻研究进展与现状
        1.2.1 减阻技术的分类
        1.2.2 非光滑表面减阻研究进展
        1.2.3 非光滑表面减阻机理的研究现状
    1.3 非光滑表面的制造技术研究现状
    1.4 本课题研究的内容
第2章 鱼鳞型凹坑仿生非光滑表面的模型设计
    2.1 仿生学简介
    2.2 仿生非光滑表面的生物与生态原型
    2.3 仿生非光滑表面的物理模型
        2.3.1 边界层的概念
        2.3.2 湍流边界层
    2.4 鱼鳞型凹坑形态及尺寸设计
        2.4.1 非光滑结构的选择原则
        2.4.2 鱼鳞型凹坑数学模型建立
        2.4.3 鱼鳞型凹坑曲面模型建立
        2.4.4 鱼鳞型凹坑的尺寸选择原则
    2.5 本章小结
第3章 鱼鳞型凹坑非光滑表面减阻数值模拟研究
    3.1 计算流体力学CFD简述
    3.2 湍流数值模拟方法
    3.3 数值模拟预处理
        3.3.1 计算域模型的建立
        3.3.2 鱼鳞型凹坑单元排列方式
        3.3.3 计算域网格划分
        3.3.4 边界条件和初始条件的设定
    3.4 鱼鳞型凹坑非光滑表面减阻分析
        3.4.1 中轴面面速度云图分析
        3.4.2 中轴面速度矢量图分析
        3.4.3 壁面剪应力分析
        3.4.4 壁面湍流动能分析
    3.5 本章小结
第4章 鱼鳞型凹坑非光滑表面减阻试验研究
    4.1 正交试验法
    4.2 试验评定标准设定
    4.3 试验结果分析
        4.3.1 深度减阻效果分析
        4.3.2 直径减阻效果分析
        4.3.3 纵向间距减阻效果分析
        4.3.4 排列方式减阻效果分析
        4.3.5 来流速度减阻效果分析
    4.4 实验数据统计量研究
    4.5 本章小结
第5章 鱼鳞型凹坑非光滑表面印压成型与检测
    5.1 印压装备总体方案拟定
    5.2 各模块关键部件设计与选择
    5.3 实验材料实验仪器准备
    5.4 金刚石压头设计与压头角度调整
    5.5 印压鱼鳞型凹坑非光滑表面工艺流程
    5.6 鱼鳞型凹坑微结构的加工与检测
    5.7 鱼鳞型凹坑减阻实验验证
        5.7.1 实验原理
        5.7.2 实验装置与实验方法
        5.7.3 实验模型与实验结果
    5.8 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间研究成果
致谢

(7)基于OpenFOAM的平板微气泡减阻数值分析(论文提纲范文)

0 引言
1 两相欧拉模型
    1.1 基本控制方程
    1.2 相间作用力模型
    1.3 气泡聚并破碎模型
    1.4 湍流模型
2 数值模型设置
    2.1 几何模型
    2.2 网格划分
    2.3 边界条件及计算方法
    2.4 算例设置
3 计算结果与分析
    3.1 壁面速度分布
    3.2 气泡直径对减阻率的影响
    3.3 浮力对减阻率的影响
    3.4 气泡对流体切向速度分布的影响
    3.5 气泡对流体法向速度的影响
    3.6 气泡对气体体积分数的影响
    3.7 气泡直径的变化
4 结论

(8)仿生非光滑结构对水泵叶片阻力的影响(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外减阻技术研究现状
        1.2.1 气泡减阻
        1.2.2 高聚合物添加剂减阻
        1.2.3 柔顺壁减阻
        1.2.4 疏水表面减阻
        1.2.5 非光滑表面减阻技术
    1.3 非光滑表面减阻国内外研究现状
    1.4 CFD技术在非光滑减阻方面的应用
    1.5 非光滑表面减阻机理
    1.6 本文主要研究内容
2 平板非光滑表面选型探究
    2.1 壁面边界层
    2.2 Fluent对边界层区域的处理
    2.3 Fluent的求解方法
        2.3.1 运动方程
        2.3.2 湍流模型选取
    2.4 平板减阻实验
        2.4.1 光滑平板阻力理论值
        2.4.2 CFD计算光滑平板阻力
    2.5 非光滑表面选型
        2.5.1 非光滑结构参数
        2.5.2 计算结果对比
    2.6 本章小结
3 水泵翼型V型结构数值模拟研究
    3.1 计算模型
    3.2 网格划分及无关性验证
    3.3 计算参数设置
    3.4 V型结构计算结果分析
        3.4.1 Re=3.0×10~5时减阻结果分析
        3.4.2 Re=5.0×10~5与Re=1.0×10~6时减阻结果分析
    3.5 减阻机理
    3.6 本章小结
4 不同间隔尺寸脊状结构数值模拟研究
    4.1 计算参数设置
    4.2 脊状结构计算结果分析
        4.2.1 Re=3.0×10~5时减阻结果分析
        4.2.2 Re=5.0×10~5时减阻结果分析
        4.2.3 Re=1.0×10~6时减阻结果分析
    4.3 减阻机理
        4.3.1 壁面切应力
        4.3.2 脊状结构内流动状态
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果

(9)射流孔结构对水下喷气平板减阻影响研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 实验研究
        1.2.2 数值模拟研究
        1.2.3 国内外研究成果总结
    1.3 本文的研究内容
第2章 数值模拟方法及模型验证
    2.1 引言
    2.2 数值模拟软件简介
    2.3 数值计算模型概述
        2.3.1 多相流模型概述
        2.3.2 湍流模型概述
    2.4 数值计算模型的验证
        2.4.1 网格无关性验证
        2.4.2 数值模拟结果验证
    2.5 本章小结
第3章 单射流孔喷气平板减阻模拟研究
    3.1 引言
    3.2 数值模拟过程
        3.2.1 模型的建立及网格划分
        3.2.2 边界条件的设置
    3.3 射流孔形状对减阻效果影响
        3.3.1 圆柱形射流孔与扩张射流孔
        3.3.2 猫耳朵形射流孔
        3.3.3 模拟结果综合分析
    3.4 射流孔喷气状态对减阻效果影响
        3.4.1 射流孔喷气角度对减阻的影响
        3.4.2 射流孔喷气速度对减阻的影响
        3.4.3 模拟结果综合分析
    3.5 本章小结
第4章 多射流孔喷气平板减阻模拟研究
    4.1 引言
    4.2 单排射流孔孔间距对减阻效果影响
        4.2.1 模型的建立与网格划分
        4.2.2 边界条件的设置
        4.2.3 数值模拟结果综合分析
    4.3 双排射流孔流向孔间距对减阻效果影响
        4.3.1 模型的建立与网格划分
        4.3.2 边界条件的设置
        4.3.3 数值模拟结果综合分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢

(10)基于壁面加热及超声空化协同的船舶减阻基础研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 水下航行体减阻技术简介
    1.3 气泡减阻技术的研究现状
        1.3.1 理论研究现状
        1.3.2 试验研究现状
    1.4 加热减阻技术的研究现状
        1.4.1 理论研究现状
        1.4.2 试验研究现状
    1.5 超声波及超声波效应
    1.6 本文研究内容
2 壁面加热及超声空化协同作用实验研究
    2.1 引言
    2.2 超声空化与壁面加热协同工作原理
        2.2.1 超声空化及其强化传热原理
        2.2.2 超声空化影响因素
    2.3 实验装置与方法
        2.3.1 实验装置
        2.3.2 实验参数与工况
        2.3.3 实验步骤
    2.4 实验结果与分析
        2.4.1 数据处理数值计算
        2.4.2 超声热效应的温升
        2.4.3 超声频率对协同效果的影响
        2.4.4 超声功率对协同效果的影响
    2.5 本章小结
3 减阻理论及试验装置选型
    3.1 引言
    3.2 壁面加热对船舶阻力的影响
        3.2.1 壁面加热减阻理论
        3.2.2 阻力计算模型
    3.3 协同作用对船舶阻力的影响
        3.3.1 协同作用减阻理论
        3.3.2 阻力计算模型
    3.4 超声装置的选型设计
        3.4.1 超声装置的组成及原理
        3.4.2 超声波换能器选型设计
    3.5 船模选型及加热工况设计
        3.5.1 船模选型设计
        3.5.2 加热工况设计
    3.6 本章小结
4 船模减阻试验研究
    4.1 引言
    4.2 试验装置简介
    4.3 试验方案与步骤
        4.3.1 试验方案
        4.3.2 试验步骤
    4.4 船模单独加热减阻试验结果与分析
        4.4.1 加热功率对船模阻力影响
        4.4.2 航速对船模阻力影响
    4.5 船模协同作用减阻试验结果与分析
        4.5.1 加热功率对船模阻力影响
        4.5.2 航速对船模阻力影响
    4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果

四、平板微气泡减阻的数值模拟(论文参考文献)

  • [1]平板湍流边界层微气泡减阻的大涡模拟[J]. 冯岩岩,李振林,姬忠礼. 节能技术, 2021(04)
  • [2]通气空腔两相流动及其减阻增稳效应研究[D]. 王路遥. 浙江大学, 2021(01)
  • [3]喷气减阻特性及机理研究[D]. 赵晓杰. 大连理工大学, 2021
  • [4]水陆两栖车水下减阻研究[D]. 彭胜伟. 吉林大学, 2021(01)
  • [5]仿生鱼鳞微结构制造及其减阻性能研究[D]. 张忠彬. 长春理工大学, 2021(02)
  • [6]基于金刚石印压微结构的减阻性能研究[D]. 侯金铭. 长春理工大学, 2021(02)
  • [7]基于OpenFOAM的平板微气泡减阻数值分析[J]. 赵晓杰,宗智,姜宜辰. 船舶力学, 2020(08)
  • [8]仿生非光滑结构对水泵叶片阻力的影响[D]. 王珺. 烟台大学, 2020(01)
  • [9]射流孔结构对水下喷气平板减阻影响研究[D]. 王秀蕊. 哈尔滨工业大学, 2020(02)
  • [10]基于壁面加热及超声空化协同的船舶减阻基础研究[D]. 史同雨. 大连海事大学, 2020(01)

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扁平微泡减阻数值模拟
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