随行波表面减阻降噪机理探索--《火力与指挥控制》2007年12期
随行波表面减阻降噪机理探索
【摘要】：通过对随行波表面特殊流场的数值模拟研究,探讨了随行波表面存在减阻降噪效果的内在机理。针对随行波表面流场的特点,在数值计算过程中对其计算域、计算网络及其流动参数进行了合理化的处理。模拟结果表明随行波表面存在减阻降噪效果的内在机理在于:随行波表面连续的沟槽结构使得壁面附近的流动在波谷处产生了稳定的二次流,即来流在随行波表面引发形成一排平行人工涡,从而使自由来流在平行人工涡上流动,而不与壳体表面接触,起到了类似"滚柱轴承"的作用,从而达到减阻降噪的目的。对随行波表面流场的模拟研究,对深入揭示其潜在减阻降噪机理具有一定的意义。
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：O357.5【正文快照】：
引言在当今的各种减小湍流摩擦阻力方法中,随行波表面减阻降噪技术被公认很具潜力。该技术不仅可以有效的减小湍流流动状态下的粘性阻力,而且还可以降低流噪声,具有重大的经济和军事价值。另外,该技术仅通过在航行器表面贴敷类似海豚皮肤的规则粗糙不平或突起即可实现,使用简
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【参考文献】
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新华社通讯员
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汪奡卿;[D];西北工业大学;2003年
尚珍;[D];辽宁工程技术大学;2004年
杜卫刚;[D];吉林大学;2004年
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西北工业大学
硕士学位论文
水下条纹沟槽表面减阻特性研究
姓名：王柯
申请学位级别：硕士
专业：流体力学
指导教师：宋保维
’西北工业大学硕士毕业论文
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 根掘条纹沟橹表面的特殊结构，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lO％；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
5 通过表面直接加工V型条纹沟槽和随行
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基于PHOENICS的长输管道沟槽减阻数值模拟
２０ ０ ８年
ＣＨＩ ＮＡ　 ＴＲＯＬＥ ＰＥ ＵＭ　 ＭＡＣＨＩ ＮＥＲＹ　
●设计计算　
基 于 Ｐ Ｏ ＮＣ Ｈ Ｅ Ｉ Ｓ的 长 输 管 道 沟 槽 减 阻数 值 模 拟　 史 小 军　 王树 立　 赵 志 勇 朱　 莹　 王 海 秀　 张　 晔　 　 （
江苏工业学院 江苏省油气储 运技 术重 点试验 室） 　
通过 对 湍流微 分 方程 采用 有 限容 积 积分 法 进 行 离 散 化处 理 ，对 离散 后 的代 数 方程 采 用 　
ＳＭＰ Ｅ Ｔ算 法 实施计 算 求解 ，利 用 Ｐ Ｅ ＩＳ软 件 数 值 模 拟 了 Ｖ 形 沟槽 尖 峰 对 湍 流边 界 层 特 性　 Ｉ ＬＳ ＨＯ ＮＣ 的影 响。模 拟 结果认 为 ，沟槽 的尺 寸大 小可 能 不是 影 响 沟槽 表 面 阻 力 的主 要 因素 ，而 真 正 影 响 沟 　 槽 表 面 阻力 的因素是 无 量纲 化之 后 的槽 间距 ｓ 　，在 相 同的 流 动条 件 下 ， 沟槽 处 的速度 减 小 ，壁 面　 剪切 力也 随之减 小 。 　 关键 词　 长 输 管道 Ｐ Ｅ Ｉ Ｓ 数值 模 拟　 沟槽 减 阻　 湍 流边 界层　 尖 峰角 度　 ＨＯ Ｎ Ｃ 　
算机 条件下还 不 能实 现 。 因此 ，构 造 雷 诺 平 均 Ⅳｓ ＿　
方程来 替代 瞬 时 Ⅳｓ方程 ，以降低 计 算 代价 。雷 诺　 ＿ 平均 Ⅳ Ｓ方 程 中 出现 了代表 湍 流效 应 的雷诺 应力 项　 －
沟槽 面湍 流减 阻是 通过 在光 滑 面形 成一 定 尺寸　 的沟槽 以达 到减 少 阻力 的一 种湍 流 减 阻技术 ，在管　
增加 了 未 知 数 个 数 ，为 了使 方 程 封 闭 ，引　
人 Ｋ　两 方 程模 型 的改 进 模 式 Ｒ Ｇ ． 型　 ，其　 ― Ｎ Ｋ　模 Ｊ
道输送 、航 天 、机 械设 备及 体育 运 动 中 已有 运 用实　 例 。李 育斌 等在 １ １ ： ２的运七 模 型具有 湍 流 流动 的　 区域 ，顺 流 向粘 贴肋 条 薄膜 后 ，试 验表 明 可减小 飞　
特点 是解析成 分多 ，考虑 了湍流 涡流 ，精度较高 。 　 在 流动 与传 热 问题 的求解 过 程 中 ，所 求 的主要　 变量 ，例如 速度 和 温度 的控 制方 程 可 以变成 通用形　
机 阻力 ５ ～８ ¨ 。南 京 航 空航 天 大 学 的潘 家 正　 ％ ％ 　
式 。笔 者通 过对 上 述 微 分 方 程 进 行 统一 化 处 理 后 ， 　 得 到 Ｐ Ｅ ＩＳ条 件 下 通 用 形 式 的 控 制 方 程 ，表　 ＨＯ ＮＣ 示如 下　
提出 “ 微型空气轴承 ”理论 ，认 为在湍流边 界层　 底 部 ，按照 一定 间距 横 向分 布 的沟槽 能锁 住 流 动 的　 小 涡 ，并获 得 约 １． ％ 的减 阻效 果　Ｊ ０２ 。Ｗａｓ＿－］ ｌ ３５ ｈ 　 的研究 表 明 ：无 量 纲 高 度 与无 量 纲 间 距 分 别 小 于　 ２ ５和 ３ ０的对称 Ｖ形 沟 槽 面 具 有 较 优 的减 阻 效 果 。 　 笔 者利 用 Ｐ Ｏ Ｎ Ｃ Ｈ Ｅ Ｉ Ｓ软 件 数 值 模 拟 了 Ｖ 形 沟 槽 尖　 峰 对湍 流边 界层 特性 的影 响。 　
一Ｆ ｇａ ￣
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船舶是温室气体排放的重要污染源，随着国际海事组织将温室气体排放纳入国际防止船舶造成污染公约，航运业面临节能减排的压力。开发和应用具有减阻功能的长效防污涂料替代
　　船舶是温室气体排放的重要污染源，随着国际海事组织将温室气体排放纳入国际防止船舶造成污染公约，航运业面临节能减排的压力。开发和应用具有减阻功能的长效防污涂料替代现用防污涂料，对于降低船舶航行阻力，降低燃油消耗和减少&碳排放&具有重要作用。
　　文| 叶章基 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 腐蚀与防护重点实验室
　　船舶是温室气体排放的重要污染源，随着国际海事组织将温室气体排放纳入国际防止船舶造成污染公约，航运业面临节能减排的压力。开发和应用具有减阻功能的长效防污涂料替代现用防污涂料，对于降低船舶航行阻力，降低燃油消耗和减少&碳排放&具有重要作用。
　　文| 叶章基 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 腐蚀与防护重点实验室
　　海洋环境是地球上最大的生态系统，生长着大量的海洋生物， 其中有一些喜欢附着在船舶和海洋构筑物表面的海洋生物，称之为污损生物。海洋污损生物附着在船体表面，不仅导致重量增加， 而且增加了船体表面粗糙度，改变了船体表面平滑的流线型结构， 从而导致航速下降和燃油消耗大幅增加；海洋污损生物还容易附着在舵板、海底阀、通海管道、螺旋桨和声纳表面，严重影响船舶机动性能，导致仪器仪表失灵、干扰声纳等。此外，污损生物破坏船体表面的防腐蚀涂层而促进船体腐蚀。腐蚀降低船体结构强度，是造成海难事故原因之一。因此一旦发生污损，则需花费巨额费用用于清除污损生物，修复腐蚀破坏的设备，降低在航率， 缩短了船舶的服役寿命。目前防止海洋生物污损的方法有很多， 涂装防污涂料是船舶最为常用的方法。因此性能优异的防污涂料对于防止海洋生物污损，防止船体表面粗糙度增加，避免燃油消耗增加有十分重要的作用。
　　近年来，世界各国围绕&碳排放&进行一场经济博弈，各行各业不可避免地加入这场持久的降低&碳排放&的战争中。据了解，船舶也是温室气体排放的重要污染源之一，世界上船舶所排放的二氧化碳已经达到11.2 亿吨，约占全球主要温室气体排放量的4.5%.由于全球航运业的迅猛发展，到2020 年为止，由于燃油消耗增加所导致的大气排放量将飙升38% 至72% 左右。如果船舶不使用防污涂料，船舶的燃油消耗将会增加40%--从现有的年耗燃油3 亿吨增加至4.2 亿吨。据估计，防污涂料的使用为全球航运业每年节省燃油开支约300 亿美元，同时减少3.84 亿吨二氧化碳和360 万吨二氧化硫的排放。自2010 年以来，船舶二氧化碳等温室气体排放已逐步纳入国际防止船舶造成污染公约（MARPOL），在此背景下，研发具有减阻功能的防污涂料替代现用防污涂料，对于降低船舶航行阻力，降低燃油消耗和减少&碳排放&具有重要作用。
　　减阻防污涂料降阻原理与性能
　　船舶阻力是船舶最重要的总体性能指标之一，决定了船舶快速性能的优劣，主要包括兴波阻力、粘压阻力和摩擦阻力。兴波阻力和粘压阻力主要和船型有关，通过选用优良的船型，可最大限度地减少这两种阻力。摩擦阻力则主要和湿表面积、物体表面粗糙度、流体介质及介质的湍流分布特性有关。摩擦阻力在船舶等运输工具所受的总阻力中占有很大的比例，对于水面船舶，其表面摩擦阻力约占总阻力的50%.对于减阻技术的研究，早期的研究工作主要是减小表面粗糙度，即表面越光滑阻力越小。60 年代末，科学家发现某些天然树脂、直链高聚物、有机皂等材料可以减少湍流摩擦阻力，对减阻的研究开始向多方面发展，一些新的减阻技术也相继出现，如粘性减阻、仿生沟槽减阻、柔性壁减阻等，部分减阻技术已得到应用。但对于船舶而言，由于体型巨大，目前一些减阻技术如仿生沟槽减阻技术尚难以大面积应用；此外在减阻的同时， 还需保证有长期的防污能力，因此如何将防污技术与减阻技术在同一种涂层产品中应用是富有挑战性的工作。目前实用化防污涂料有两种类型，一类是在漆膜中添加具有防污作用的防污剂，通过防污剂渗出到海水中起到防止海生物附着的作用。另一类是形成特殊表面的漆膜，使漆膜表面不易于附着污损生物，或生物附着不牢， 在航行水流冲刷下污损生物易于脱落。两种类型中第一种是主流技术，在各类运营船舶中占据了90% 以上。第七二五研究所在第一类涂料研究基础上，应用粘性减阻理论，通过高分子改性技术， 在涂料树脂主链上引入疏水性基团，形成侧链疏水性基团排列，提高漆膜光滑性，同时减低漆膜水解后的粗糙度，另外通过接枝合适碳链长度和特定结构的有机酸调节树脂主链的柔韧性和水解性能， 避免侧基增多引发漆膜过脆，并通过树脂合成工艺的进一步优化， 提高树脂的均匀性。在研发的新型具有降阻性能的树脂基础上，添加氧化亚铜、高效防污剂等，通过配方筛选，研发了具有减阻功能的B40-SF 自抛光防污涂料。采用三维视频仪测定新型自抛光防污涂料水解前后表面粗糙度，测试结果表明新型自抛光防污涂料在海水中水解之后可显著降低涂层的表面粗糙度（如图1）。与现在广泛应用的磨蚀型839 防污涂料相比，采用平板模型测定，高流速下减阻性能可达5% 以上，显示出良好的减阻性能（如图2）。
　　除了具有良好的减阻性能之外，B40-SF 自抛光防污漆不含有机锡、DDT 等国际海事组织禁止使用的有害物质，同时具有良好的防污性能，其主要技术指标如表1 所示：
　　防污涂料体系设计
　　具有减阻功能的自抛光防污涂料应用于船体水线以下，典型的配套涂料体系一般由船底防锈涂料、连接涂料和防污涂料组成， 如表2 所示，该体系具有3 年防污期效。
　　B40-SF 自抛光防污涂料施工
　　B40-SF 自抛光防污涂料施工与普通防污涂料施工工艺相同， 涂料涂装前应保证前道涂层彻底干燥、涂层表面洁净，无油污、水迹、灰尘及其它污染物。如有油污可用洗涤剂清洗，泥浆和生物膜可用擦洗的方法除去。如有漆膜局部破损，需将底面处理， 依次补涂底漆、连接漆至规定厚度。
　　涂装前应将涂料搅拌均匀，目测无粗颗粒；若有目测可见的粗颗粒，应用80 目筛过滤后再用。涂装工作可在气温-5~40℃， 相对湿度90%以下进行，基材表面温度应高于露点3℃以上。防污涂料可采用刷涂、辊涂、有气喷涂和高压无气喷涂施工。施工中不建议添加稀释剂，必要时，加入量不得超过总涂料量的5%.
　　采用刷涂和滚涂时不宜较长距离来回刷滚油漆，否则容易起毛，单道的干膜厚度为60&m 左右。采用喷涂作业时应预先在边角处刷涂一道油漆，再进行喷涂，以确保涂膜厚度。高压无气喷涂约90&m.有气喷涂主要工艺参数为出口压力& 0.4MPa,喷嘴口径2.0-3.0高压无气喷涂主要工艺参数为出口压力& 17MPa,喷嘴口径0.48-0.63mm.施工中应避免长期吸入溶剂或漆雾，皮肤、眼睛不得接触本品，施工中应保持空气流通，涂装现场严禁明火作业。施工完毕后用稀释剂清洗干净器具，切忌用水浸泡。
　　涂装后应每道测定干膜厚度及检查涂膜外观质量。涂层干燥后，采用涡流测厚仪测定涂层干膜厚度：要求80% 测试点平均干膜厚度不应小于设计干膜厚度，其余20% 测试点最小干膜厚度不应小于设计干膜厚度的80%,每平方米均匀随机检测点数不少于30 个。每道涂层涂装后应目测检查，厚度应均匀，干燥良好，无露底、无针孔、无皱纹、无漏涂、无起泡、无脱落、无分层、无裂缝、无流挂等现象。检查不足之处应予以补涂。
　　B40-SF 自抛光防污涂料实船应用
　　B40-SF 自抛光防污涂料在厦门海域进行了实船涂装性能研究。试验结果表明：采用辊涂进行涂装，整体涂装效果良好，漆膜平整，无漆膜弊病存在。经过1 年的实船应用，表明防污涂料防污性能良好。
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播放数：28减阻沟槽边界层相干结构展向拓扑的分层可视化--《第九届全国实验流体力学学术会议论文集（上册）》2013年
减阻沟槽边界层相干结构展向拓扑的分层可视化
【摘要】：采用高时间分辨率粒子图像测速系统(TR-PIV),分别对沟槽壁面及光滑壁面平板湍流边界层速度矢量场的时间序列进行了精细测量,并利用新象限分裂法及新条件采样与相位平均技术,在李山等人对数区结果的基础上,对光滑壁面和沟槽面湍流边界层近壁区及外区相干结构二维空间拓扑的形态进行了进一步地对比研究。结果表明:在近壁区和对数区内,与光滑壁面相比,不论喷射事件还是扫掠事件,减阻沟槽使得相干结构法向脉动强度降低最为明显,即相干结构在法向上的动量和能量交换减弱,削弱了其对湍流产生的贡献;而进入外区以后,减阻沟槽对法向脉动速度分量和展向涡量在喷射和扫掠过程中影响比内区要小,说明沟槽主要影响湍流边界层内区结构,且以影响扫掠事件法向脉动为主。
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：O357.5【正文快照】：
0引言在Kline[，]等人及BrownRos泳。[，]发现了湍流剪切流中的相干结构后，对揣流边界层的结构，尤其是近壁区结构的理解已经提高到了一定的程度，识别了一些固有的特性并提出了一定的因果关系。壁面粗糙度对动量、热量和质量传输的影响是近期很多研究课题的核心。而在各种
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