[發(fā)明專利]一種基于偏航角的溝槽型結(jié)構(gòu)表面減阻效果預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011611990.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112651195B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬啟新;劉艷明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F30/17;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京正陽(yáng)理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王民盛

本方明公開(kāi)了一種基于偏航角的溝槽型結(jié)構(gòu)表面減阻效果預(yù)測(cè)方法，屬于空氣動(dòng)力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。本方法根據(jù)溝槽型結(jié)構(gòu)表面處理的流動(dòng)控制機(jī)理，及其對(duì)邊界層時(shí)均流動(dòng)特性的影響，確定減阻效果預(yù)測(cè)技術(shù)的設(shè)計(jì)思路。通過(guò)選定溝槽型結(jié)構(gòu)表面的具體結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合平板表面的試驗(yàn)(或數(shù)值)測(cè)試數(shù)據(jù)，建立偏航角影響下的減阻效果與影響因素間的函數(shù)關(guān)系。通過(guò)利用“滑移速度理論”，建立減阻效果與CFD模化參量間的關(guān)系。在光滑表面借助模化后的CFD程序，模擬溝槽型結(jié)構(gòu)表面的流場(chǎng)。本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠提高溝槽型結(jié)構(gòu)表面減阻效果預(yù)測(cè)效率，同時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)在偏航角影響下的作用效果，廣泛適用于復(fù)雜流動(dòng)環(huán)境下的工業(yè)產(chǎn)品溝槽型結(jié)構(gòu)表面減阻設(shè)計(jì)工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種溝槽型結(jié)構(gòu)的表面減阻效果預(yù)測(cè)方法，具體涉及一種基于偏航角的溝槽型結(jié)構(gòu)的表面減阻效果預(yù)測(cè)方法，屬于空氣動(dòng)力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

溝槽型結(jié)構(gòu)的表面處理技術(shù)，是一種基于仿生設(shè)計(jì)的湍流減阻技術(shù)，于二十世紀(jì)八十年代提出。該技術(shù)利用在光滑表面上加工出的微尺度溝槽型結(jié)構(gòu)，一方面通過(guò)控制壁面湍流擬序結(jié)構(gòu)，來(lái)限制近壁湍流猝發(fā)、抑制邊界層的動(dòng)量交換；另一方面通過(guò)存儲(chǔ)低能流體，來(lái)增加粘性子層厚度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)湍流邊界層減阻。

由于溝槽型結(jié)構(gòu)表面處理技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效果顯著、應(yīng)用方便、使用范圍廣等特點(diǎn)，且具有較小的附加阻力，在航空航天、船舶工業(yè)、水利水電、石油化工等各個(gè)領(lǐng)域中獨(dú)具應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

若偏航角按來(lái)流方向與溝槽的槽道方向之間的夾角定義，則溝槽型結(jié)構(gòu)表面在偏航角為零的條件下，會(huì)產(chǎn)生最佳的減阻效果。然而，實(shí)際工況的內(nèi)、外流流場(chǎng)十分復(fù)雜，常伴有氣流偏轉(zhuǎn)、流動(dòng)分離、二次流等流動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致溝槽型結(jié)構(gòu)表面處理技術(shù)在非零偏航角條件下工作，其減阻效果發(fā)生變化。

為了更可靠地預(yù)測(cè)該技術(shù)在復(fù)雜流場(chǎng)環(huán)境下的減阻作用，考慮偏航角影響的溝槽型結(jié)構(gòu)表面處理技術(shù)，亟待更深入的探討與研究。

數(shù)值模擬仿真，是在實(shí)際工程中開(kāi)展溝槽型結(jié)構(gòu)表面處理中的一項(xiàng)重要手段。然而，溝槽型結(jié)構(gòu)的尺度只有微米量級(jí)，使得近壁面網(wǎng)格必須足夠密才能捕捉到溝槽的控制效應(yīng)，由此產(chǎn)生的巨大網(wǎng)格量和計(jì)算量，限制了處理進(jìn)程。

為解決這一技術(shù)問(wèn)題，溝槽型結(jié)構(gòu)表面的減阻效果預(yù)測(cè)方法被提出，并應(yīng)用于飛行器等工業(yè)產(chǎn)品的試驗(yàn)論證和設(shè)計(jì)工作中。該方法主要通過(guò)數(shù)值模型來(lái)代替實(shí)際的溝槽型結(jié)構(gòu)表面，用于預(yù)測(cè)作用效果。但是，目前現(xiàn)有的方法中，部分無(wú)法對(duì)氣流偏航角工況下，溝槽型結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)較大減(增)阻率的情況進(jìn)行計(jì)算，另外，對(duì)減阻率的預(yù)測(cè)精度低。

因此，需要提出一種作用效果模擬范圍廣、適用性高的溝槽型結(jié)構(gòu)表面減阻效果預(yù)測(cè)方法，對(duì)于溝槽型結(jié)構(gòu)表面處理技術(shù)發(fā)展、減阻優(yōu)化設(shè)計(jì)都有著重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，為溝槽型結(jié)構(gòu)表面設(shè)計(jì)時(shí)在減阻效果預(yù)測(cè)上存在適用性和魯棒性低的技術(shù)問(wèn)題，創(chuàng)造性地提出一種基于偏航角的溝槽型結(jié)構(gòu)表面減阻效果預(yù)測(cè)方法。

本發(fā)明方法的創(chuàng)新點(diǎn)在于：

第一，首次提出根據(jù)溝槽型結(jié)構(gòu)表面處理的流動(dòng)控制機(jī)理，及其對(duì)邊界層時(shí)均流動(dòng)特性的影響，確定減阻效果預(yù)測(cè)技術(shù)的設(shè)計(jì)思路。

再次，通過(guò)選定溝槽型結(jié)構(gòu)表面的具體結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合平板表面的試驗(yàn)(或數(shù)值)測(cè)試數(shù)據(jù)，建立偏航角影響下的減阻效果與影響因素間的函數(shù)關(guān)系。

最后，通過(guò)利用“滑移速度理論”，建立減阻效果與CFD模化參量間的關(guān)系。在光滑表面借助模化后的CFD程序，即可模擬溝槽型結(jié)構(gòu)表面的流場(chǎng)。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種基于偏航角的溝槽型結(jié)構(gòu)表面減阻效果預(yù)測(cè)方法，如圖1所示，包括以下步驟：

步驟1：明確溝槽型結(jié)構(gòu)表面的流動(dòng)控制機(jī)理與溝槽型結(jié)構(gòu)表面的時(shí)均流動(dòng)特性。