[實(shí)用新型]一種減阻肋條

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420077125.X
• 申請(qǐng)日: 2014-02-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203743140U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張明明;劉志豐;徐建中;王國(guó)付
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號(hào): F15D1/12
• 分類號(hào): F15D1/12;F15D1/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及到一種改進(jìn)的肋條減阻裝置，通過(guò)將其應(yīng)用于繞流物體表面以改變邊界層流動(dòng)達(dá)到降低摩阻的效果，可應(yīng)用于航空、航天、航海、地面交通以及管道內(nèi)流等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

肋條技術(shù)來(lái)源于鯊魚(yú)盾鱗肋條結(jié)構(gòu)，這種仿生結(jié)構(gòu)已經(jīng)被大量的研究工作證明具有很強(qiáng)的實(shí)用性和良好的減阻效果。現(xiàn)有技術(shù)中認(rèn)為具有減阻效應(yīng)的肋條必須具有銳利的峰脊且間距與低速條帶間距存在某種關(guān)系，即，當(dāng)h⁺≤25和s⁺≤30（見(jiàn)圖1，h為肋條高度，s為肋條間距，υ是運(yùn)動(dòng)粘度，u_τ是摩擦速度，τ_w是壁面剪切應(yīng)力，ρ為流體介質(zhì)密度，上標(biāo)“+”表示以壁面單位無(wú)量綱化的參數(shù)，下同）時(shí)具有減阻特性，s⁺=h⁺=15,減阻達(dá)到最大值為8%。通過(guò)對(duì)不同截面的肋條(包括三角形、矩形、V形、半圓形等)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)具有最佳減阻特性的是三角截面肋條。對(duì)刃形、V字形和梯形肋條（見(jiàn)圖1）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，表明刃形具有最高的減阻效率，可減阻9.9%，其次是梯形肋條，減阻8.2%，V字形只有5.1％。

傳統(tǒng)三角截面肋條減阻效果有限且易受峰脊圓角的影響，刃型肋條雖減阻效果較優(yōu)，不受肋尖加工圓角的影響，但厚度如此薄的肋條（t=0.02s）難以加工、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不佳，實(shí)際應(yīng)用中易破壞。現(xiàn)有技術(shù)中的上述肋條結(jié)構(gòu)嚴(yán)重限制了肋條減阻技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

考慮到現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和不足之處，本實(shí)用新型提出了一種新的減阻肋條，其創(chuàng)新之處在于結(jié)合傳統(tǒng)三角肋條穩(wěn)定性方面的優(yōu)點(diǎn)，和刀刃肋條的優(yōu)秀減阻性能及不受肋尖頂點(diǎn)圓角影響的優(yōu)勢(shì)，在三角截面肋尖處增加一段刀刃肋條，結(jié)合刀刃型肋條減阻性能高、不受加工圓角影響的優(yōu)點(diǎn)，亦考慮到加工難度、保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素，將肋條結(jié)構(gòu)通過(guò)合理的方式順流向布置在繞流物體表面（如機(jī)翼等），通過(guò)合理選擇肋條截面的尺寸參數(shù)（肋條高度，夾角，刀刃厚度、高度等），進(jìn)而影響邊界層流動(dòng)結(jié)構(gòu)（增加黏性底層厚度、限制流向渦的展向運(yùn)動(dòng)），增強(qiáng)其減阻效果。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案：一種減阻肋條，包括基底、肋條波峰和肋條波谷，順流向布置在繞流物體表面，其特征在于，相鄰兩所述肋條波峰之間的空間部分形成肋條波谷，每一所述肋條波峰包括兩側(cè)壁和一頂部突起，所述頂部突起為一沿著所述兩側(cè)壁的頂點(diǎn)邊緣線垂直于基底平面向上拉伸的柱狀突起，該柱狀突起的頂部為一平面，所述兩側(cè)壁與所述基底平面的夾角基本相同，所述柱狀突起的橫截面基本呈矩形；所述肋條波峰和肋條波谷的設(shè)置方向與所述繞流物體表面的流體方向基本相同。

優(yōu)選地，所述頂部突起的頂點(diǎn)邊緣線加工有過(guò)渡圓角或過(guò)渡倒角。

優(yōu)選地，所述肋條波谷的底面為平坦結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述肋條波谷為V型結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，每一所述肋條波峰的兩側(cè)壁之間的夾角約為60°。

優(yōu)選地，所述肋條波谷的兩側(cè)壁之間的夾角約為60°。

優(yōu)選地，所述肋條間距s和肋條高度h與壁面流向渦結(jié)構(gòu)尺度同量級(jí)，一般約為15個(gè)壁面尺度,。

優(yōu)選地，所述頂部突起的厚度t一般約為0.3個(gè)壁面尺度。

優(yōu)選地，所述頂部突起的高度和肋條高度h的比值約為0.1-0.5。

優(yōu)選地，本實(shí)用新型的減阻肋條，可應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、襟翼等。

優(yōu)選地，本實(shí)用新型的減阻肋條，可應(yīng)用于船體、潛艇等。

優(yōu)選地，本實(shí)用新型的減阻肋條，可應(yīng)用于流體管道的內(nèi)表面。

優(yōu)選地，本實(shí)用新型的減阻肋條，可通過(guò)粘接的方式與繞流物體表面固聯(lián)。

優(yōu)選地，本實(shí)用新型的減阻肋條，可通過(guò)在繞流物體表面直接加工的方式形成。

本實(shí)用新型所述壁面尺度為υ/u_τ，υ是流體介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)粘度，是摩擦速度，ρ為流體介質(zhì)密度,τ_w是壁面剪切應(yīng)力。

本實(shí)用新型的減阻肋條為一種新型的肋條減阻技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的減阻肋條具有突出的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)合了傳統(tǒng)三角肋條穩(wěn)定性方面的優(yōu)點(diǎn)和刀刃肋條的優(yōu)秀減阻性能及不受肋尖頂點(diǎn)圓角影響的優(yōu)勢(shì)，在三角截面肋尖處增加一段刀刃肋條，結(jié)合刀刃型肋條減阻性能高、不受加工圓角影響的優(yōu)點(diǎn)，亦考慮到加工難度、保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素，將肋條結(jié)構(gòu)通過(guò)合理的方式順流向布置在繞流物體表面（如機(jī)翼等），通過(guò)合理選擇肋條截面的尺寸參數(shù)（肋條高度，夾角，刀刃厚度、高度等），進(jìn)而影響邊界層流動(dòng)結(jié)構(gòu)（增加黏性底層厚度、限制流向渦的展向運(yùn)動(dòng)），增強(qiáng)其減阻效果。

附圖說(shuō)明