基于Fluent的非光滑表面减阻仿真实验

该文基于有限元法构建了一套可用于非光滑表面减阻仿真的实验方案。将在ICEM中划分的非光滑表面模型网格导入ANSYS中的Fluent模块进行仿真计算,通过对比分析不同速度、不同展向间距圆锥微结构的减阻率评估减阻效果,并利用可视化功能观测速度、压力和湍动能云图,探究了由圆锥微结构构成的非光滑表面减阻规律,为减阻性能方面研究提供了一种新的思路。

基于非光滑表面的反循环钻井弯管抗磨实验

气体反循环钻井技术存在弯管刺漏问题,严重降低了钻孔时效。该文将仿生学中非光滑表面形态引用到弯管抗磨分析上,设计出具有一定分布特点的非光滑表面结构。搭建反循环钻井弯管非光滑表面抗磨实验系统,井底流场模拟器可还原携带岩屑的高速气流在井内的循环流场,对不同非光滑表面实验元件进行抗磨性分析。结果表明,圆形凹坑非光滑表面结构抗磨性最佳,并且凹坑直径越小、凹坑越密集,其抗磨性越好。改进弯管结构,在刺漏点增加可更换的盖板,并将弯管内壁面和盖板底面分别加工成凸C、沟C、凹C非光滑表面,相同钻井条件下,凹C弯管抗磨性最大。实践表明,改进后弯管抗磨性增加,钻孔时效显著提高。

模拟活塞缸套摩擦副的仿生非光滑表面的摩擦学研究

根据仿生学原理,利用铝合金活塞和铸铁汽缸套的材料设计了普通结构和几种仿生结构的摩擦副,并在摩擦磨损试验机上进行了对比试验。结果表明,在干摩擦时,非光滑结构与普通结构的摩擦副的摩擦性能差异不大。在沾油润滑条件下,仿生非光滑结构的摩擦副的抗黏着磨损性能明显优于普通结构。其原因是在有润滑条件时,仿生非光滑结构具有较强的贮存润滑油及形成油膜的能力。

激光织构仿生非光滑表面抗磨性能研究

采用激光织构技术在材料表面形成4种仿生非光滑表面形态,分析了织构表面金相组织结构,考察了其抗磨性能.结果表明,材料表面经激光织构处理后形成了微细的硬质金相组织,这有利于提高表面的抗磨性能;而将这种激光表面织构技术用于仿生非光滑表面形态,可以进一步提高表面的抗磨性能;其中经激光织构处理的鳞片形非光滑表面的抗磨性能最佳.

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。

仿生非光滑表面在混合润滑状态下的摩擦性能

模仿蚯蚓的非光滑表面形态及其分泌体表液的摩擦行为和作用,利用摩擦试验台对模拟蚯蚓体表形态的凹坑、导角通孔、通孔三种仿生非光滑表面形态进行了滴油混合润滑摩擦试验。试验结果表明,在混合润滑情况下,接近蚯蚓背孔的通孔形仿生非光滑表面结构具有优良的减阻、耐磨效应,并从非光滑形态对润滑状态影响规律及对摩擦界面材料特性影响规律探讨了仿生非光滑形态对摩擦性能的影响机理。

激光制备仿生非光滑表面蠕墨铸铁的耐磨性

模仿自然界中典型土壤动物的体表形态,运用激光加工的方法在蠕墨铸铁试样表面雕刻出不同形态、不同分布间距、不同倾斜角度的仿生非光滑单元体,研究了仿生非光滑表面试样的耐磨性,探讨了磨损机制。结果表明:仿生非光滑表面试样的耐磨性均优于未处理试样;非光滑单元体形态、分布间距、倾斜角度对试样的耐磨性均有影响;其中具有网格状非光滑单元体的试样耐磨性最好,条纹状次之,点状最差;单元体分布间距减小时,可进一步提高耐磨性;非光滑单元体倾斜角度为45°时,试样的耐磨性优于0°和90°;磨损机制以黏着磨损为主。

信鸽羽毛非光滑表面形态学及仿生技术的研究

用电视摄像体视显微镜和电子扫描显微镜对不同部位的鸽羽毛表面形态观察研究表明:信鸽的羽毛呈现典型柔性非光滑形态,飞羽和尾羽的羽枝羽轴构成凸起的脊,羽小枝交叠构成凹陷的沟槽,脊与沟槽相间平行均匀沿主羽轴放射状分布。信鸽初级飞羽的非光滑形态,有利于减少振翅飞翔中产生的空气漩涡的阻力。尾羽羽枝跟羽轴之间角度比飞羽大,具有减阻作用。体羽和绒羽的大量分布,构成鸟类体表流线型柔性非光滑形态,在飞行中起到减阻作用。作为信鸽动力羽毛的显微结构单元,主要是有钩羽小枝、无钩羽小枝、节状羽小枝3种羽小枝。将仿信鸽羽毛的非光滑形态模型加工在回转体模型的后部,经过计算机模拟计算,其减阻率可达16.56%。

非光滑表面离心泵叶轮的流动减阻特性

为了分析非光滑表面对离心泵性能的影响,基于仿生凹坑表面的减阻特性,将凹坑型非光滑单元体排布于离心泵叶片的工作面,建立具有非光滑表面的叶轮离心泵的流动减阻特性分析模型,通过RNGk-ε湍流模型对离心泵内部流场进行数值模拟,分析具有非光滑表面叶轮的流动减阻特性,研究不同流量下非光滑表面对叶片近壁面的速度分布、剪应力和离心泵内部流场的影响.结果表明:凹坑型非光滑表面能够降低因黏性阻力产生的叶轮扭矩,其扭矩的最大降幅为5.8%;非光滑表面能够有效控制叶片近壁面边界层的流体流动,减小叶片的壁面剪应力;凹坑型非光滑表面能够降低离心泵叶轮内部流体的湍动程度,减小湍动产生的能量耗散,使叶轮内部的流体流动更加稳定并提高离心泵的效率.

仿生柔性非光滑表面的结构优化设计

根据土壤动物柔性非光滑的特征规律和仿生类比的结果，采用数值优化和ＣＡＤ几何造型技术，通过计算机模拟，构造了圆柱形、半圆柱形、布型和链型仿生柔性非光滑面，为柔性仿生减粘技术的开发创造了条件。

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。

汽车凹坑型非光滑表面减阻特性的分析与优化

本文中研究了凹坑型非光滑车身表面的减阻特性。首先探讨了凹坑单元体矩形、菱形、等差等不同排列方式的减阻效果,选取了减阻效果较好的矩形排列方式;然后以单元体直径D、横向间距W和纵向间距L为设计变量,以气动阻力最小为目标,采用拉丁方试验设计方法进行优化;接着利用CFD仿真得到各样本点的响应值,并据此建立Kriging近似模型;最后在验证了近似模型的可信度基础上,以近似模型进行全局优化。结果表明:凹坑单元体矩形排列最大可达7.62%的减阻效果。

激光雕刻非光滑表面的微观组织和性能研究

采用激光雕刻技术在高速钢表面形成非光滑鳞片形态,利用扫描电镜、金相显微镜、X射线衍射仪分析了在激光雕刻快热、快冷的条件下的微观组织及其形成原因。结果表明,熔化区有极细胞状组织、极细枝状晶的形成;相变区晶粒得到细化,碳化物尺寸减小;热影响区碳化物聚集长大。利用显微硬度计、ML-100磨料磨损试验机考察非光滑表面的硬度及耐磨性。结果表明,硬度最高可达1120HV,抗磨粒磨损性能是未处理前的3.3倍。非光滑表面耐磨性提高的原因是细晶强化、弥散强化、固溶强化和仿生效应。

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。

仿生柔性非光滑表面减粘降阻的试验研究

对绒布、帆布、钢布、尼龙布、钢链等仿生柔性非光滑表面与田鼠毛皮、４５钢进行了法向粘附力和滑动阻力的对比试验。结果表明，在同样条件下，仿生柔性非光滑表面的粘附力是４５钢的１６％～４０％，滑动阻力是４５钢的３０％～５０％，具有十分明显的减粘降阻效果，为仿生柔性非光滑表面在工程技术上的应用开发创造了条件。

MIRA阶梯背模型尾部非光滑表面优化设计方法

为探索车身非光滑表面特征参数的优化设计方法,在MIRA阶梯背模型尾部分别布置凹坑型、凸包型和沟槽型非光滑表面,进行计算仿真和风洞模型试验对比分析不同非光滑单元的减阻效果。以非光滑单元体间距与高度为设计变量,以模型气动阻力系数为优化目标,采用拉丁超抽样方法进行样本设计,建立Kringing近似模型并检验拟合精度,运用NSGA-II遗传优化算法分别对凹坑型、凸包型和沟槽型非光滑表面特征参数进行优化。对比优化前后流场参数,分析车身非光滑表面减阻的机理。仿真结果和风洞试验数据表明优化后的凹坑、凸包及沟槽型非光滑表面模型的气动阻力均进一步减小,减阻率分别达到6.92%、4.03%、4.24%,减阻效果明显。

非光滑表面电渗减粘脱土原理的试验研究

在土壤动物减粘脱土机理研究的基础上,提出了一种有效解决土壤对地面机械触土部件粘附问题的新方法—非光滑表面电渗减粘降阻技术,并对其减粘脱土效应及规律作了基础性研究,同时设计并优化了非光滑表面电渗极板面积。

车身非光滑表面组合布置对气动特性影响分析

为了研究非光滑表面尺寸及组合布置位置对汽车气动性能的影响.以MIRA阶梯背模型为研究对象,采用CFD与风洞试验相结合的方法对3种不同位置组合模型的气动性能进行了研究,并与光滑表面模型进行对比分析,探讨其减阻机理.结果表明,行李舱盖,车身尾部和车身底部组合布置非光滑单元体减阻效果最佳,减阻率为5.90%.非光滑表面通过改善汽车的尾部涡流,降低了模型压差阻力;同时通过改变近壁面气流的流动状态,降低了车身表面的气流速度,减小车身的摩擦阻力.

凹坑形非光滑表面的耐磨性分析及优化设计

利用两矩形块来模拟实际工程应用中的面-面摩擦副部件,基于ANSYS软件和APDL语言建立了具有正方形凹坑表面的参数化分析模型,采用单因素试验的方法,对凹坑边长、深度和间距对非光滑表面耐磨性的影响进行了有限元分析,为下一步磨损试验作指导。通过研究发现,凹坑表面在接触过程中产生更多的压应变能和弯应变能,从而缓释应力,提高表面耐磨性;随着凹坑边长和间距增大,凹坑表面耐磨性先增大后减小,随着凹坑深度增大,凹坑表面耐磨性逐渐增大;耐磨性最佳的形貌参数为:凹坑边长20μm,凹坑深度80μm,凹坑间距90μm.

仿生非光滑表面减阻技术在油气管道中的应用

针对当前受到广泛关注的仿生非光滑表面减阻技术及其优异的减阻效果,分析了鲨鱼表皮沟槽式仿生非光滑表面的减阻机理,并在此基础上对仿生非光滑表面的制备工艺进行了归纳和对比,最后综述了该技术在油气管道中的应用现状及亟待解决的问题和应用前景。研究表明:生物加工方法是未来仿生非光滑减阻表面制备的发展方向,且仿生非光滑表面减阻技术在油气管道输送领域将有广泛的应用前景。