基于SAE模型非光滑表面对气动减阻的影响

以SAE汽车模型为研究对象,采用计算流体力学数值模拟方法研究非光滑表面布置位置对气动性能的影响。通过对SAE汽车模型的不同位置(侧部、底部、顶部、前部、尾部)布置凹坑型非光滑表面,计算SAE汽车模型的空气阻力系数,比较光滑表面与非光滑表面的流线、速度矢量以及压力,分析非光滑表面气动减阻机理和减阻效果差异的原因,根据分析结果得到了合理且能够减阻的汽车非光滑表面布置位置。     

车尾凹坑非光滑表面气动减阻分析与优化设计

以凹坑型非光滑车身尾部气动特性为研究对象,探讨了一种将参数化建模、CFD计算和数值寻优方法相结合的非光滑表面气动减阻优化方法。通过分析凹坑型非光滑单元矩形阵列的气动减阻效果,以矩形排布和非光滑单元体尺寸作为优化对象,采用拉丁超立方抽样方法进行试验设计选取样本点。利用CFD仿真得到样本点的响应值,根据响应值建立了Kriging近似模型。在验证了近似模型可信度的基础上,以近似模型为基础进行全局优化。优化结果表明：车辆尾部凹坑单元体矩形排布最大减阻率可达7.9%,较大程度地改善了空气动力学性能。研究结果为汽车非光滑表面减阻和优化提供了理论依据和参考。     

车身造型参数对凹坑型非光滑表面气动减阻影响研究

采用数值模拟和风洞试验相结合的方法,研究车身造型参数对非光滑表面气动减阻的影响。将凹坑型非光滑结构布置在国际标准汽车简化模型——Ahmed模型的不同位置,通过分析不同位置非光滑的减阻效果,确定添加非光滑表面的位置。探讨改变Ahmed模型的后风窗角度、前端倒角和离地间隙情况下非光滑车身气动特性的变化规律,找出对于非光滑车身气动外形的最佳组合方案。结果显示,离地间隙的大小对非光滑减阻效果影响最大,改变离地间隙的模型比未改变离地间隙的非光滑表面Ahmed模型的气动阻力系数减小了4.3%。     

基于非光滑表面的高速列车转向架区域气动减阻性能

为了减小列车行进中的气动阻力,将仿生学中普遍应用的非光滑表面单元体布置于高速列车中间车的转向架区域端墙处。应用计算流体动力学的方法,对列车流场进行数值模拟,比较非光滑表面单元体(凹坑)对列车的气动减阻效果,与光滑列车的气动阻力相比,中间车减阻率可达1.05%。通过比较光滑模型和非光滑模型的压差阻力、黏性阻力的变化情况,得到了非光滑表面的减阻原理,为进一步研究车体非光滑表面气动减阻效果提供理论依据。     

尾部非光滑表面对于不同车型的气动特性分析

将凹坑型非光滑表面布置在不同车型的尾部,研究其对气动阻力的影响。通过数值计算方法,得出不同车型的气动阻力值,并对比试验结果验证其可靠性。同时模拟出3种不同车型的尾部流场、压力等参数,并对比分析光滑模型与非光滑模型之间的参数差异,分析尾部非光滑车表减阻的机理。研究表明:尾部非光滑表面对于不同车型均有一定程度的减阻效果。     

基于非光滑表面与涡流干扰的车身气动减阻方法

探讨了将表面非光滑形态结构减阻思想与流场主动控制相结合的车身气动减阻方法。将凹坑型非光滑表面布置在MIRA直背式模型的尾部,并在非光滑形态模型的基础上,在凹坑阵中加装喷射速度可变的涡流发生器来控制模型的尾部气流,改善尾涡结构。通过对光滑、非光滑、非光滑加涡流喷射三种模型的三维流场数值模拟,得到不同尾部形态模型的气流速度、压力以及湍动能等参数,对比不同风速下不同模型气动阻力系数的差异以及不同喷射速度下的减阻效果,分析模型尾部流场参数的变化,阐述了非光滑形态车身气动减阻机理以及涡流喷射扰动效应。研究结果表明：通过对非光滑形态被动减阻与涡流喷射主动减阻的优化组合,能有效地减少不同风速下直背式MIRA模型的气动阻力。     

凹坑非光滑表面减阻技术数值模拟研究

对于管道输送,减小输送阻力消耗十分重要.对于减小输送阻力消耗,应用非光滑表面减阻技术尤为关键.利用流体力学知识,通过使用数值模拟软件,建立凹坑理论模型,以RNG κ-ε模型为基础进行分析,模拟计算了光滑表面和矩阵排布的凹坑表面.将两种表面流场分别进行数值模拟,得到不同的减阻效果.通过计算分析可以得出,在不同速度下,发现...     

小型水下巡航机器人表面减阻仿生设计

为提高小型水下巡航机器人作业过程中的行进效率，基于仿生设计方法进行表面减阻设计。利用边缘提取算法和GetData软件对灰鲭鲨鱼鳞片形态与结构进行特征分析和数据提取；运用Shapr 3D和Rhino软件构建了鳞片三维模型和仿生非光滑结构表面，通过Fluent软件进行流体仿真分析，对比不同流速下的剪切应力。结果表明：当来流速度大于6 m/s时，非光滑表面剪切应力小于光滑表面剪切应力，流速为8 m/s时减阻率最高可达2.9%。仿生灰鲭鲨鱼鳞片非光滑表面模型在一定范围的来流速度下具有较好的减阻效果，但减阻率会随来流速度的增加先增后减，在特定流速下，减阻效果最佳。     

叶序排布非光滑减阻表面的凹坑尺寸效应

为了降低旋成体在空气运动中的飞行阻力,将生物学的叶序排布理论应用于旋成体的非光滑表面排布设计中,并且应用计算机仿真技术,研究了非光滑表面的凹坑尺寸对减阻的影响。在仿真过程中,分别分析了旋成体表面的凹坑深度和凹坑直径对减阻效果的影响,并阐述了叶序排布凹坑能够减阻的机理。计算机仿真结果表明,适当地选择非光滑表面的凹坑尺寸能够改变凹坑的减阻效果。在本文的试验研究条件下,最大总减阻率达到了1.51%。     

轮胎花纹凹坑非光滑表面对抗滑水性能的影响分析

以205/55R16轿车轮胎为研究对象,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)的方法对轮胎抗滑水性能进行数值模拟,通过将滑水速度仿真值与滑水经验公式计算值进行对比,验证了滑水分析方法的有效性。为提升轮胎的抗滑水性能,借鉴仿生非光滑减阻理论,在花纹沟槽两侧壁布置矩形排布的凹坑非光滑结构,采用响应面分析方法对凹坑的顶部圆直径、凹坑深度、顺流向凹坑间距和展向凹坑间距4个参数进行寻优,并从流场变化角度揭示了凹坑结构减阻机理。在此基础上,将减阻最优的凹坑结构引入到整胎滑水分析模型中,通过与光滑壁面花纹轮胎抗滑水性能的对比发现,凹坑非光滑表面花纹轮胎可通过降低胎面动水压力实现轮胎抗滑水性能的提升。     

仿生非光滑表面管道的设计及有限元分析

仿生非光滑表面的减阻作用由于其在工程中的应用价值而被广泛关注。为了减小油气管道运输摩擦阻力损失，将蚯蚓体表的生物学特征引入管道中，设计了凸包型、凹包型2种非光滑壁面管道。结合理论分析、仿真模拟两种手段研究了仿生管道的高性能机理。通过对比仿生管道与普通管道内流体的流动特性，得到了性能最高的非光滑结构：凸包非光滑内壁管道。该管道相对于普通光滑管道，具有更高的减阻率，运输能量更强，流速更高，可为运输管道仿生减阻的深入分析提供参考。     

基于多孔介质材料和仿生设计的汽车阻流板减阻机理

为了解决传统阻流板自身气动阻力过大的问题，提出了多孔介质阻流板和仿生阻流板两种新结构方案。利用计算流体动力学方法分析了两种方案在不同横摆角工况下的气动阻力变化规律，揭示了两种新结构的减阻机理;相比传统阻流板，两种新结构的气动阻力峰值分别减小了3.3%和4.7%。在此基础上，提出了仿生阻流板和侧裙的组合结构方案，解决了传统阻流板中大横摆角时整车气动阻力增大的问题；相比传统阻流板，组合结构的气动阻力峰值减小了10.7%。比例模型风洞试验验证了所提方案的正确性。     

非光滑表面对汽车尾涡结构的控制分析研究

车身气动阻力直接影响汽车的动力性和燃油经济性,尾涡结构对于车辆空气阻力的形成有很大的影响,非光滑结构在车身的合理布置能有效地减小汽车的空气阻力。为了研究车身非光滑结构对汽车尾涡结构的影响与控制,将凹坑型非光滑单元分别布置在MIRA阶梯背模型尾部、顶部、行李舱盖等表面,运用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值仿真与风洞试验相结合的方法,对比分析车身表面光滑模型与车身表面非光滑模型尾部流场的压力、湍流耗散率、速度矢量等参数的影响,探讨非光滑结构的扰动效应及其对尾涡形成的控制作用,得出非光滑结构能延迟气流分离,控制后风窗上猫眼涡与尾部剪切涡流,也能抑制汽车尾部主涡的生成。为有效控制车辆尾迹中旋涡结构,抑制涡激振动,改善汽车气动特性提供重要依据。     

内部声激励对汽车空气阻力影响的研究

提出一种降低汽车高速行驶时空气阻力的方法─—声激励减阻法。在风洞中，对某型大客车的缩尺模型，进行有、无声激励情况下空气阻力系数测试的对比试验。实验结果表明，声激励技术能较明显地降低模型的空气阻力系数，初步验证了该方法的可行性。     

来流马赫数对激光等离子体减阻性能影响

激光等离子体减阻是一种新概念减阻方式,用来减小高超声速飞行器的气动阻力。通过数值模拟的方法研究了飞行高度为30km时,不同来流马赫数对钝头体前部激光等离子体减阻性能的影响。结果表明,通过在钝头体前部注入激光能量形成等离子体能有效减小钝头体受到的阻力。在能量一定的情况下,随着来流马赫数增大,减小的阻力增多,减阻比逐渐减小,即使是在很大的来流马赫数的情况下,仍然有比较好的减阻效果。     

高速轿车车身前部外流场数值模拟

汽车的空气动力学特性对汽车行驶的动力性、燃油经济性和操纵稳定性有着重要影响。采用计算流体力学方法对其性能进行预测，相比风洞试验可以节约资金，缩短新车型开发周期。运用FLUENT软件，建立类车身模型，设定边界条件，计算其相关外流场性能，得到相应的阻力系数，确定了车身空气动力学特性。通过对不同轿车车身前部模型外流场数值模拟，确定了不同的轿车车身前部外形可以满足不同的性能要求，为轿车车身前部的设计提供了参考依据。     

Research on the drag reduction mechanism of antlion (Myrmeleon sagax) larvae nonsmooth structural surface

Antlion (Myrmeleon sagax) larvae live in sandy soil and possess the ability to enter soil quickly. In this article, the hierarchical structure of the nonsmooth surface of antlion larvae was obtained using a scanning electron microscope (SEM). Based on the results, a bionic nonsmooth structure model was established to investigate the friction and movement of soil particles above it. Then the relationship between drag reduction characteristics and the antlion larvae's nonsmooth structural surface was discussed, which would be helpful to design soil‐engaging components. When the height of each nonsmooth structure is proportional to the square of their interval distance, and is proportional to the velocity of movement, it is shown that a nonsmooth structural surface contributes to improving the bulk coefficient of granular materials, which leads to substantial drag reduction.     

仿生非光滑表面技术在机械工程中的应用

仿生技术是将各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究,实现新的技术设计并制造出性能优越的新型仪器、机械等。仿生学研究发现,许多生物体表所具有的某种特定非光滑形态有着较好的耐磨特性。目前,对生物非光滑技术的研究,主要集中在非光滑表面的耐磨、降噪和抗疲劳等方面。本文总结了仿生非光滑表面技术在制备缸套、齿轮、轧辊、模具等方面的应用研究及进展情况。随着仿生非光滑表面技术在机械工程中的广泛应用,提出了仿生非光滑表面技术的发展方向和应用前景。