一種新型減阻模型的製作方法

2023-05-09 16:06:26

專利名稱：一種新型減阻模型的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種流體減阻模型研究，尤其是在湍流情況下的新型減阻 模型。
背景技術：
隨著海洋開發和海防形勢的變化，海洋利用區域不斷擴大，並不斷向深海、 遠海延伸，發展遠航程的水下航行器已成為未來各國發展的一個主要方向。因 此迫切需要解決水下航行器遠航程技術。水下減小阻力是解決遠航程技術的主
要途徑之一。根據理論推算，將航行器阻力減小10%，在能源和巡航航速不變的
條件下，航程可以增加11.1%。另外，減小航行器阻力對緩解世界各國面臨日益 嚴峻的能源危機亦是極為重要的一部分。現有公開的文獻"通過微氣泡控制湍
流邊界層減阻的研究與進展(《船舶工程》，Vol.25，N0. 1,2003， p1-5)"中提到 了使用微氣泡減阻的技術，它主要通過向航行體壁面小孔的邊界層中引入直徑 約50，的微氣泡，從而達到很好的減阻效果，但該技術結構複雜，工程應用難 度很大。而在另一文獻"條紋溝槽表面水下航行器減阻實驗研究(《力學與實 踐》，Vol. 27， NO. 2， 2005， p18-21)"中提到了在迴轉體模型表面加工同一尺寸的 條紋溝槽，通過這種結構在物面上形成微小溝槽來達到減阻的目的。目前，這 種技術已投入實際應用，但是減阻效果一般。
實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題是提供一種在湍流情況下的新型的減阻模 型，通過此模型製作出的結構具有良好的減阻效果。
研究表明，大多水下模型的阻力主要來源於殼體外表面的湍流流動，而各 種形狀的條紋結構減阻與近壁區湍流結構的變化緊密相關，近壁區湍流結構的 特徵可概括為三個主要方面 一是湍流底層條帶結構的形成和發展；二是縱向 渦，橫向渦，馬蹄渦的形成和發展；三是猝發現象。這三者相互影響，形成近壁區複雜的湍流結構。低速條帶越不穩定，猝發頻率越高，湍能損失越大，摩 阻損失越大。V形的條紋結構均可以控制條帶結構的擴散，減少猝發現象的發生。 在微小尺寸條紋結構的作用下，形成反向渦的低速通道，從而抑制條帶的擴散；
另一方面，展向平均流速分布的不均勻形成的速度梯度通過粘滯性而形成橫向 粘滯力，此粘滯力形成於條紋結構的頂端，可抑制反向渦的作用，減少高速流 體向邊壁輸送，從而減少表面摩阻。
在不同雷諾數情況下，利用長寬比即s/h為1的V形條紋結構具有很好的減 阻效果。而隨著V形條紋結構尺寸的變化，減阻效果也隨之發生改變。以往研 究的模型大多是尺度相同的V型脊狀結構，如附

圖1所示。而在對白鯊等動物 表皮結構的微觀研究中發現，其表面凸起結構並不規則，本實用新型從仿生學 角度出發在等尺度V型脊狀結構的基礎上，提出一種新型的減阻模型。
本實用新型提出的新型減阻模型是一種多V形的條紋結構，具體是將多V 形條紋加工為兩種或兩種以上尺度的條紋組合結構，如圖2為兩種不同尺度V 型條紋的減阻模型，和圖3為三種不同尺度V型條紋的減阻模型。其尺度h的 大小可從0.01mm 0.2mm之間任意選擇，並將各個尺度的V形條紋循環相間加 工，且保證各個尺度的V形條紋的長寬比為1。以下結合附圖對本實用新型新型減阻模型做進一步詳細的說明。
圖1為新型減阻模型尺度相同的V型條紋結構示意圖。
圖2為新型減阻模型兩種不同尺度V型條紋的減阻模型示意圖。
圖3為新型減阻模型三種不同尺度V型條紋的減阻模型示意圖。
具體實施方式實施例1
圖2是本實用新型的新型減阻模型兩種不同尺度V型條紋的模型示意圖。 所述的新型減阻模型在一寬度為100mm，長度為500mm的平板上選取多V形 的條紋結構，確定每組條紋組合結構由一個高度為0.1mm且長寬比為1的V形 條紋和一個高度為0.15mm且長寬比為1的V形條紋組成，即sl=hl=0.15mm，s2=h2=0.1mm。在沿平板寬度方向上相間加工順長度方向的此種多V形的條紋 結構， 一共加工400組。
然後，採用題G "e湍流模型，選用不同的雷諾數應用FLUENT軟體對上 述組合結構進行迭代運算，得到16%的減阻量，根據此減阻模型所製作的多V 形條紋結構完全可以應用於平板模型的減阻方面。
最後，在平板上加工這種多V形的條紋結構。為保證加工精度，宜採用激 光加工的方法。
實施例2
參見圖3，是本實用新型的新型減阻模型三種不同尺度V型條紋的模型示 意圖。所述的減阻模型在一直徑為100mm，長度為400mm的迴轉體表面選取一 組多V形的條紋結構，確定每組條紋組合結構由一個高度為0.05mm且長寬比 為1的V形條紋， 一個高度為O.lmm且長寬比為1的V形條紋和一個高度為 0.25mm且長寬比為1的V形條紋組成，艮卩sl=hl=0.05mm， s2=h2=0.1mm， s3二h3:0.25mm。在迴轉體外表面上相間加工順長度方向的此種多V形條紋結構， 一共加工200組。
然後，採用，G e湍流模型，選用不同的雷諾數應用FLUENT軟體對上 述組合結構進行迭代運算，得到15.8%的減阻量，可見根據此種減阻模型所製作 的多V形條紋結構可以應用於迴轉體模型的減阻方面。
最後，在迴轉體模型上加工這種多V形條紋結構，為保證加工精度，宜採 用雷射加工的方法。
權利要求1.一種新型減阻模型，其特徵在於所述的減阻模型包括兩種或兩種以上尺度的V形條紋結構，各個尺度的V形條紋循環相間加工。
2. 根據權利要求1所述的新型減阻模型，其特徵在於所選用的 V型條紋結構形狀的長寬比為1。
3. 根據權利要求1所述的新型減阻模型，其特徵在於所選用的V型條紋結構尺度h的大小可從0.01mm 0.2mm之間任意選擇。
專利摘要本實用新型公開了一種新型減阻模型，該減阻模型是一種多V形的條紋結構，是將多V形條紋加工成為兩種或兩種以上尺度的條紋組合結構，尺度h的大小可從0.01mm～0.2mm之間任意選擇，並將各個尺度的V形條紋循環相間加工，且保證各個尺度的V形條紋的長寬比為1。該減阻模型結構簡單，易於工程應用且減阻效果好。
文檔編號G01M10/00GK201383282SQ20092003253
公開日2010年1月13日 申請日期2009年4月10日 優先權日2009年4月10日
發明者劉冠衫, 劉佔一, 吳文輝, 宋保維, 光 潘, 肖志勇, 胡海豹, 黃橋高 申請人:西北工業大學