仿生沟槽表面减振机理及其在桥梁上的应用

在科学家对鲨鱼沟槽减阻特性的现有研究成果基础上,结合目前普遍存在的两种关于其减阻机理的假说,探讨了仿生沟槽在桥梁结构中的应用,并对其减振机理进行研究,以促进其在桥梁设计中的应用。     

仿生二级微沟槽表面减阻特性数值模拟

快速游动的鲨鱼,其皮肤表面布满沿流动方向的沟槽,这种沟槽能够减小鲨鱼游动过程中的阻力。通过仿生技术人们设计了一系列具有单一尺度的沟槽结构,如V型、L型、U型等(定义为原始沟槽),并获得了一定的减阻效果。然而通过仔细观察,发现鲨鱼皮肤表面的沟槽并非是单一尺度的。根据这一启发,通过在原始V型沟槽顶部两侧增加小尺度三角形突起,设计了一种二级沟槽表面。利用RNGk-ε湍流模型,对原始V型沟槽和二级沟槽表面进行了流场分析。讨论了在不同雷诺数的情况下,两种沟槽壁面对湍流边界层内速度分布、沟槽壁面切应力及减阻效果的影响。计算结果表明,在一定雷诺数范围,原始V型沟槽最佳减阻4.6%,二级沟槽结构最佳减阻8.07%,二级沟槽减阻效果明显优于原始V型沟槽。二级沟槽表面能够更有效地抑制边界层内湍流流动,减小了流体流动的黏性阻力,具有更好的减阻效果。     

仿生沟槽减阻技术的研究和应用进展

针对当前受到广泛关注的仿生沟槽减阻技术,对沟槽面湍流减阻的微观机理、影响沟槽面减阻效果的主要因素、沟槽减阻技术的工业应用等三个方面的国内外研究进展进行了综述,分析了存在的问题并对沟槽减阻技术的发展前景进行了展望。     

仿鲨鱼皮表面微结构材料制备的研究

以具有极佳减阻能力的鲨鱼皮为模板,采用模板技术对鲨鱼皮表面微观拓扑结构进行大面积的仿生复制。通过扫描电子显微镜对鲨鱼皮以及其复制品的表面形貌进行表征,结果表明,复制的鲨鱼皮具有和模板结构一致的表面微观拓扑结构。该复制方法具有工艺简便、成本低廉、适合大面积复制等优点。     

壁面微沟槽减阻技术研究进展

从减阻效果影响因素、减阻机理、协同减阻、实际应用等方面对壁面微沟槽减阻技术的研究进展进行归纳总结,对壁面微沟槽减阻研究方向进行展望。减阻效果影响因素包括沟槽结构、流场压力梯度等。介绍目前主流的减阻机理,关于减阻机理的各类假说仍存在争议。协同减阻的研究重点为超疏水壁面与微沟槽协同减阻、添加剂与微沟槽协同减阻。微沟槽减阻技术的实际应用涉及竞技泳衣、交通运输、流体输送等方面。研究方向为微沟槽减阻机理、微沟槽加工制造工艺、微沟槽对各类流场的适用性、微沟槽表面清洁技术。     

微沟槽减阻技术研究现状与进展综述

微沟槽减阻技术被应用于航空航天、管道输运以及体育运动中。总结国内外学者的相关研究,介绍微沟槽减阻技术的减阻机理,从实验和数值模拟角度综述研究现状,介绍联合减阻以及微沟槽减阻技术的应用,对微沟槽减阻技术的研究方向作出展望。     

三角形微沟槽壁面湍流减阻的数值研究

针对三角形微沟槽壁面的流动减阻问题,应用RNG k-ε湍流模型对近壁处湍流进行描述,研究不同来流速度与雷诺数对微沟槽减阻效果的影响,分析微沟槽壁面与光滑壁面的速度场、湍动能、壁面切应力的特征。结果表明:所设计微沟槽结构减阻率随来流速度及雷诺数增加先增大后减小,减阻率最大达到10.23%。减阻主要原因为:相对于光滑壁面,微沟槽壁面近壁处形成低流速带,起到缓冲层的作用;微沟槽特殊形状抑制了展向流的发展,且槽谷内部壁面切应力相对较小。     

凸包形推土板减粘降阻的仿生研究

步甲、蜣螂马陆等典型土壤动物体表存在着凸包形非光滑结构形态，本文建立了大蜣螂凸包形仿非光滑表面的数学模型，并设计了凸包形仿生推土板，土壤切削试验的结果表明，仿生推土板减粘降阻效果优于光滑推土板。     

基于凹槽管道内流体速度矢量图的减阻特性分析

横向凹槽表面减阻特性广泛的表现在自然界中,文章阐述了目前已有的几种非光滑表面减阻机理,计算分析了十种不同凹槽管道的阻力,并根据计算结果和仿真速度矢量图分析了不同凹槽管道的减阻特性:凹槽管道减阻主要和来流速度,凹槽内漩涡的丰满度和管道径向的湍流区厚度有关。在一定速度范围内,横向凹槽管道较相同管径的直管道有减阻效果,且减阻率出现先增后减,即存在减阻率最佳速度;管道凹槽内漩涡的丰满度越高,湍流区厚度越小,凹槽管道减阻率越大。     

波纹非光滑仿生推土板减粘降阻的试验研究

穿山甲，步甲，蜣螂，蝼蛄等典型动物体表存在着波形非光滑表面形态，本文建立了波纹形非光滑表面数学模型，并设计了波纹形仿生非光滑推土板，土壤粘附试验结果表明，非光滑表面推土板减粘降阻效果优于光滑表面推土板。