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本文从理论计算、模拟分析和水洞试验三个方面对条纹沟槽表面和随行波表面的减阻特性进行了全面的研究,将理论计算结果同试验结果进行了对比,结果基本一致。论文主要研究成果和创新如下:
(1)综述近年来对湍流机理研究的现状和所得到的主要结论,并在此基础上系统阐述关于条纹沟槽表面减阻机理的两种较为有代表性的论述;
(2)根掘条纹沟槽表面的特殊结构,提出条纹沟槽表面高精度网格生成要求,并采用微分方程法在连续条纹沟槽表面生成高精度网格;
(3)根据条纹沟槽表面的特殊结构,建立适合条纹沟槽表面的流场简化模型,并选用一方程湍流模型完成了流场理论数值计算,计算结果表明V型条纹沟槽表面最大减阻量约为10﹪;
(4)利用FLUENT软件完成了条纹沟槽表面特殊流场模拟。针对条纹沟槽表面流场的特点提出数值模拟相似原理和实施方法。仿真结果很好的验证了现有关于条纹沟槽表面减阻机理的两种说法,仿真结果表明条纹沟槽表面最大减阻量约为10﹪;并首次利用FLUENT软件对随行波表面进行了仿真计算,仿真结果说明在随行波波谷处产生的低速漩涡有效的降低了随行波表面的阻力,最大减阻量约为8﹪;
(5)通过表面直接加工V型条纹沟槽和随行波沟槽的回转体模型水洞试验,定量的得到了这两种减阻方法的减阻量,条纹沟槽表面最大减阻量约为6﹪,随行波表面最大减阻量约为5﹪。分析试验结果表明,条纹沟槽表面减阻效果随着速度的增大先增大后减小,不同尺寸条纹沟槽表面的减阻速度范围不同,且最佳减阻对应的速度也不相同,尺寸越大对应的最佳减阻速度越低。
本文所完成的有关条纹沟槽表面减阻的理论和试验研究以及随行波表面减阻的仿真模拟计算和试验研究,对进一步深入开展该领域的研究工作具有重要的参考价值和指导意义。