疏水表面减阻机理及减阻效果的稳定维持方法

《疏水表面减阻机理及减阻效果的稳定维持方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：TJ63学校代号：10699密级：学号：2012200439西北工业大学硕士学位论文（学位研究生）题目：疏水表面减阻机理及减阻效果的稳定维持方法作者：杜鹏学科专业：武器系统与运用工程指导教师：胡海豹二零一五年三月AThesisSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityforMasterDegreeResearchontheMechanismandMaintenanceofDragReductionEffectonHydrophobicSurfaceByDuPengSupervisor:Prof.Hu

2、HaibaoAttheSchoolofMarineScienceandTechnology,NorthwesternPolytechnicalUniversityMarch,2015西北工业大学硕士学位论文摘要摘要论文利用实验测试、数值模拟和理论分析的方法，对疏水表面的减阻机理、气膜的驻留特性及其驻留方法进行了系统研究，找到了疏水表面减阻效果的稳定维持方法。所开展的主要研究内容及创新性成果包括：（1）在重力式低速水洞中，利用热线测速仪对多种疏水表面的湍流边界层流场进行了实验研究。近壁区的平均速度剖面会抬升，湍流度降低，证实了滑移的存在；基于小波分析理论，提

3、出了湍流相干结构的精确提取方法，并发现壁面的疏水性对涡结构强度有抑制作用。（2）发现了疏水表面上气膜驻留的两种模式：气层模式和气泡模式。建立了相应的减阻模型，总结了气层和气泡消失的不同过程，揭示了疏水表面减阻不稳定的机理。（3）对格子Boltzmann方法进行了改进，并利用该方法对疏水表面的润湿性进行了表征。建立了与气层模式和气泡模式对应的格子Boltzmann模型，得到了流速、固液作用强度和微结构对疏水表面气膜驻留特性和减阻特性的影响规律。（4）基于空化效应，提出了在微结构上实现空化进而驻留气膜的方法。通过理论分析，得到了微结构的设计准则，并根据该准则，

4、利用数值模拟，验证了微结构上实现空化的可能性，并分析了流速、微结构和接触模式对微结构空化的影响规律。（5）研究了基于人工通气的气膜驻留方法，对该情况下的气膜边界层进行了测试和分析，得到了气膜对平均速度剖面、边界层厚度、滑移特性、减阻特性和涡结构特性的影响规律，证实了该方法可以维持气膜的存在和疏水表面的减阻效果。关键词：疏水表面，减阻，气膜，格子Boltzmann，空化，人工通气I西北工业大学硕士学位论文ABSTRACTABSTRACTThedragreducingmechanism,propertiesandmaintenanceofair-waterin

5、terfaceonhydrophobicsurfaceareinvestigatedthroughexperiments,simulationsandtheoreticalanalyses.Amethodofmaintainingthedragreducingeffectisachieved.Themainresearchcontentsandresultsareasfollows:(1)Theturbulentboundarylayeronhydrophobicsurfaceismeasuredusingthehot-wireanemometer.Iti

6、sobservedthatthevelocityprofileislifedup,andtheturbulenceintensityisreducedinthenear-wallregion.Theexistenceoftheslipisverified.Basedonthewaveletanalysis,amethodofextractingthecoherentstructuresaccuratelyfromturbulencesignalsisproposed.Itisdiscoveredthatthesurfacehydrophobicitycan

7、inhibitthefluctuationsinturbulence.(2)Twoexistingmodesoftheairlayeronhydrophobicsurfacearediscovered,filmmodeandbubblemode.Andthecorrespondingdragreducingmodelisestablished.Thevanishingofairinbothmodesisconcludedtoexplaintheunsteadinessofdragreducingeffectonhydrophobicsurface.(3)T

8、heLatticeBoltzmannMethod(LBM)isim