【摘 要】
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无论是在水中还是在空气中运动的物体,都会受到来自流体绕流所产生的阻力。物体绕流时的阻力主要由摩擦阻力和压差阻力两部分组成,对于舰船这种接近于流线型的物体来说,它受
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无论是在水中还是在空气中运动的物体,都会受到来自流体绕流所产生的阻力。物体绕流时的阻力主要由摩擦阻力和压差阻力两部分组成,对于舰船这种接近于流线型的物体来说,它受到的摩擦阻力占主要部分。通过一定的方法减小流场中运动体受到的阻力,不仅可以节约能源,同时还可以提高它们的机动性。因而对于流场中运动体的减阻研究就显得十分有意义。本文结合压电理论、振动理论、流体力学以及计算流体力学等相关知识,对类似船体的几种运动体模型进行了振动作用下阻力变化的分析。首先本文介绍了流体力学中关于边界层的相关理论和方程,比较了层流边界层和湍流边界层的摩擦阻力系数,并分析了高频微振动的减阻原理。其次根据压电理论和振动理论的相关知识,设计了压电振子来实现所需的壁面振动,并通过有限元软件对其进行了模态分析和瞬态分析,获得了壁面的变形规律和振动参数,在此基础上,编写了程序将壁面振动规律以边界条件的形式写入到流场分析软件中,设置了动网格,实现了仿真上的单向流固电耦合。本文对五种不同流速、三种不同顶角角度下,模型在有无振动作用下受到的总阻力和摩擦阻力的变化情况进行了对比仿真分析。计算了相应模型的减阻率情况,并对不同顶角角度模型下的阻力变化的原因进行了分析。选取减阻效果较明显的顶角为10?的模型,又进一步分析了振幅和相位对其阻力变化的影响,并分析了阻力变化的原因。最后,实验部分,制作了运动体实验模型,并粘贴压电陶瓷,制作了压电振子。首先使用了激光测振仪对压电振子的振动情况进行了测量,验证了仿真分析的正确性。然后搭建了测试系统,测量运动体模型在流场中所受的总阻力。实验在水洞中进行,对不同流速、不同振幅和不同相位作用下模型的阻力变化进行了实验研究,实验结果基本符合仿真结果,验证了仿真分析的正确性。
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