1271 / 2023-03-19 21:02:01

微沟槽与仿生黏液耦合作用减阻机理研究

水下航行设备工作过程中会受到很大的阻力，其中80%为摩擦阻力。摩擦阻力的存在会使得运行状况不稳定、增加燃耗、降低航行速度。为减少水下航行设备工作过程中的摩擦阻力，利用仿生学原理设计仿生沟槽与仿生黏液复合表面。建立壁面平均摩擦阻力与流体域流向切面的涡量、流速、流体密度之间的理论模型。建立仿生动力学模型，使用ANSYS Fluent软件对流场进行数值仿真。通过分析速度云图以及速度矢量图，观察射流对流场的干扰情况，分析涡结构的变化与壁面拟序结构来揭示减阻机理。利用实验平台进行仿生减阻壁面的等效实验，从而验证仿生减阻表面的减阻效果与减阻机理。

仿真分析结果表明，普通沟槽与黏液耦合作用时，黏液的射流会对流场造成扰动，使边界层速度波动。优化后的斜沟槽和曲线沟槽使得黏液射流不会对边界层产生干扰，且可形成质量较好的黏液膜。且随着流速比（黏液排出速度与水流速度比值）的增加，减阻率增加。在相同状况下，曲线沟槽的减阻效果较斜沟槽更好。阻力的降低对于水下航行设备的速度提升、节能减排有着重大意义。本研究揭示仿生减阻表面的减阻机理，为仿生减阻沟槽的设计与优化提供新思路，为仿生黏液分泌参数的设计提供了理论依据。