壁面湍流质量注入减阻效应的数值研究

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1、第３６卷第４期哈尔滨工程大学学报Ｖｏｌ．３６№．４２０１５年４月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＡｐｒ．２０１５壁面湍流质量注入减阻效应的数值研究１，２１３４赵勇，王天霖，宗智，高云（１．大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院，辽宁大连１１６０２６；２．上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海２００２４０；３．大连理工大学运载工程与力学学部船舶工程学院，辽宁大连１１６０２４；４．西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都６１０５００）摘要：为解释边界层质量注入减少摩擦阻力机理，采用雷

2、诺平均纳维－斯托克斯方程，基于最近发展的的Ｗｉｌｃｏｘｋ⁃ω湍流模式，对二维壁湍流质量注入进行了数值研究。计算得到的局部摩擦阻力系数与试验结果比较，表明该模式在该情况下具有较高的精度。在其他参数保持不变的条件下，分有无质量注入２种情况，确认了质量注入会增加边界层厚度的膨胀效应，促进了边界层内湍流的发展程度，解释了减阻效应。通过速度剖面分布、湍动能及涡粘系数的分布比较，有助于加深人们对该流动现象的认识。关键词：壁面湍流；ＲＡＮＳ；质量注入；湍流模式；减阻效应；速度剖面；湍动能；涡粘系数ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃７０４

3、３．２０１３１２０７２网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１３９０．Ｕ．２０１５０３３１．１５０１．００３．ｈｔｍｌ中图分类号：Ｏ３５５文献标志码：Ａ文章编号：１００６⁃７０４３（２０１５）０４⁃０４５２⁃０４Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｒｅｄｕｃｉｎｇｅｆｆｅｃｔｂｙｍａｓｓｉｎｊｅｃｔｉｏｎｉｎｔｏｗａｌｌｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗ１，２１３４ＺＨＡＯＹｏｎｇ，ＷＡＮＧＴｉａｎｌｉｎ，ＺＯＮＧＺｈｉ，ＧＡＯＹｕｎ（１．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ

4、ＥｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＤａｌｉａｎＭａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２６，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＦａｃｕｌｔｙｏｆＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０

5、２４，Ｃｈｉｎａ；４．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｉｌａｎｄＧａｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０５００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｅｘｐｌａｉｎｉｎｇｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｒｅｄｕｃｉｎｇｂｙｍａｓｓｉｎｊｅｃｔｉｏｎｉｎｔｏａｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒ，ｕｓｉｎｇＲｅｙｎ⁃ｏｌｄｓａｖｅｒａｇｅｄＮａｖｉｅｒ⁃Ｓｔｏｃｋｓ（ＲＡＮＳ）ｅｑｕａｔｉｏｎｓａｎｕｍｅｒｉｃａｌｉｎｖ

6、ｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｒｅｄｕｃｉｎｇｅｆｆｅｃｔｂｙｍａｓｓｉｎ⁃ｊｅｃｔｉｏｎｉｎｔｏｔｗｏ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｗａｌｌｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＷｉｌｃｏｘｋ⁃ωｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌ．Ｃｏｍｐａｒｉ⁃ｓｏｎｏｆｔｈｅｌｏｃａｌｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ＇ｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｈａｓｈｉｇｈｐｒ

7、ｅｃｉｓｉｏｎ．Ｔｗｏｃａｓｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｔｏｃｏｎｆｉｒｍｔｈａｔｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｉｓｂｌｏｗｉｎｇｕｐｂｙｍａｓｓｉｎｊｅｃｔｉｏｎｔｈａｔｃｏｎｓｉｓｔｅｄｏｆｍａｓｓｉｎｊｅｃｔｉｏｎａｎｄｎｏｍａｓｓｉｎｊｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｆｌｏｗｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｉｔｗａｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｉｓｍｏｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｉｄｏｆｍａｓｓｉｎｊｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｉｓｍａｙｅｘｐｌａｉｎｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｒｅｄｕｃｉｎｇｑｕａｌｉ⁃ｔａｔｉｖｅ

8、ｌｙ．Ｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｐｒｏｆｉｌｅ，ｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙａｎｄｔｕｒｂｕｌｅｎｔｅｄｄｙｖｉｓｃｏｓｉｔｙａｒｅｕｓｅｆｕｌｆｏｒｇａｉｎｉｎｇａ