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仿生非光滑表面水下减阻技术研究
| 论文题名： | 仿生非光滑表面水下减阻技术研究 |
| 关键词： | 水下航行器;仿生随行波表面;减阻机理;虎鲸皮肤嵴 |
| 摘要： | 本文对多种湍流减阻技术的发展现状和特点进行了对比分析，确定以仿生非光滑表面减阻技术为研究方向，并且基于水下航行器减阻的研究背景，从虎鲸的皮肤结构获得了仿生灵感。以形状规则、特征明显的虎鲸皮肤嵴为仿生原型，本文依据仿生学原理设计一种可显著降低水下航行器阻力的新型仿生随行波表面。 通过数值模拟研究了深度、宽深比和来流速度对随行波表面减阻性能的作用规律，分析垂直于流动方向排列的周期性随行波结构对湍流边界层流动演变的影响。数值计算结果表明，深度越小，随行波表面减阻效果越好，最大总阻力减阻率达到 9.63%。对比随行波和平板表面流场发现，仿生随行波表面在较大速度范围可以增加湍流边界层底层厚度，降低速度梯度，抑制湍流的猝发，使流动更加稳定，从而减少表面摩擦阻力。 将仿生随行波表面应用于无附体 SUBOFF 潜艇模型进行减阻优化设计，以验证随行波表面的减阻性能，并对所建立的潜艇数值模拟模型进行了计算。发现与光滑潜艇模型相比，布置在平行中体的随行波结构有效的降低了潜艇平行中体和后体区域的表面切应力，抑制了湍流速度脉动，致使湍动能明显下降，验证了减阻机理，并且随行波表面潜艇的最大总阻力减阻率达到 11.31%。计算结果表明新型仿生随行波表面适用范围较广，可有效的降低水下航行器的总阻力，这将为仿生非光滑减阻表面的实际应用提供了一个有用的参考。 通过动网格模型和 UDF功能对主动运动减阻表面进行了研究，发现周期性运动的驻波表面虽然在高频率下能够取得不错的控制效果，但会受到来流速度限制，减阻性能并不稳定，并且对驻波表面流场的周期性变化进行了分析，探索其减阻机理。 |
| 作者： | 刘岩岩 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 唐俊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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