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灌溉输水管道沟槽减阻研究 总被引：2，自引：2，他引：0
【目的】探索沟槽结构对灌溉输水管道的减阻作用。【方法】采用SA与RNG k-?湍流模型,模拟分析了沟槽在湍流流动中的减阻效果,并与Bechert的试验结果进行了对比;采用RNG k-?湍流模型对灌溉输水管道开展了0.1~1 mm尺度下的V形沟槽减阻研究;采用LES湍流模型对沟槽减阻机理进行了探索。【结果】(1)相较于SA湍流模型,RNG k-?湍流模型的计算结果与Bechert的试验结果相比误差更小,为4.6%,即RNG k-?湍流模型计算精确度更高;(2)夹角为60°的V形沟槽,当沟槽边长为0.5 mm时对灌溉输水管道具有最佳减阻效果,减阻率为7.17%,对应无量纲沟槽间距s+=15.2,无量纲沟槽尺寸lg+=10;(3)沟槽中存在很小的涡旋,这些小涡旋可能是沟槽在湍流中具有减阻作用的原因之一。【结论】夹角为60°的V形沟槽对灌溉输水管道的最佳减阻效果为7.17%。 相似文献
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形体减阻类型、减阻机理与仿生 总被引：9，自引：1，他引：9
形体减阻在气体，流体和固体系统中有着良好的应用前景，对3种介质中运动物体的减阻类型与减阻机理进行归纳和分析。将形体减阻分为几何非光滑与柔性非光滑两种形式。从能量角度，通过建立界面能量平衡方程。将3种介质中减阻的实质统一为系统能量的转移量与转移速率，从仿生学角度，对一些人造物与自然生物的减阻效果做了对比分析。对刚性与柔性结构单元组合形式进行了分类归纳并举例，得出一些有益于工程仿生减阻设计的结论。 相似文献
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蝴蝶鳞片微观结构与模型分析 总被引：1，自引：1，他引：0
蝴蝶鳞片表面具有脊沟等非光滑结构,这些结构的形态、密度、分布等的微小差别对光线产生折射、反射等光学效应使鳞片呈现不同的颜色.蝴蝶鳞片微观结构的分析是生物结构色隐身研究的理论基础.本文从宏观与微观、表面形态与横截面结构等角度出发,应用电镜对比分析了鳞片的微观结构,构建蝴蝶鳞片分布、形态和结构的优化模型,优化设计出2种仿蝴蝶鳞片微观结构模型. 相似文献
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为研究离心泵叶片上仿生非光滑减阻效果与仿生非光滑结构布置位置的关系及离心泵水力效率对仿生结构布置位置的敏感程度,将仿生非光滑结构分别均匀布置于离心泵叶片的6种不同位置上.利用ANSYS软件进行数值模拟,研究了目标流量下6种方案离心泵的性能参数及叶轮内部流动情况,将根据数值计算结果得到的仿生非光滑结构的最佳布置方案与常见布置方案在全流量下进行对比分析,并在应用相同仿生非光滑结构布置方式的前提下,分析了粗糙度的影响.结果表明:该离心泵模型在目标流量下,应用仿生叶片后,其水力效率变化有限,而叶片壁面上平均剪应力相较于光滑壁面情况下降最大约12.7%;布置于任意位置的仿生非光滑单元均能在一定范围内产生减阻效果,相邻仿生单元对于同一壁面位置的减阻效果不具有线性叠加关系;在全流量下,将仿生非光滑结构布置于叶片背面的中部,相比于将其布置于叶片背面的出口部分,增效率与减阻率均更为优秀,且2种方案的增效率与减阻率随流量变化的趋势较为相近;粗糙表面尽管能和仿生结构表面一样在近壁面形成低速层,但无法实现减阻效果.该研究表明,仿生结构对离心泵水力效率的影响与模型本身有关,在使用一定个数的仿生凹坑单元的前提下,应尽量将凹坑布置在剪应力大处. 相似文献
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凹坑形表面土壤减阻率试验及界面动态观察 总被引：1，自引：0，他引：1
利用切向粘附动态试验台，测试并研究了土壤含水率为35．1％条件下，玻璃和有机玻璃凹坑形仿生非光滑表面和光滑表面与土壤相互作用的摩擦阻力。采用二元二次回归正交组合设计试验方案，探讨当凹坑形非光滑表面和光滑表面在正压力和速度变化时，土壤摩擦阻力的变化规律，观察两种材料表面与土壤界面的动态变化，讨论试样表面形态与界面水膜及土壤摩擦阻力的关系。试验结果表明，在试验条件下，与光滑试样相比凹坑形非光滑表面玻璃试样减阻率为8．29％～24．65％，有机玻璃试样的减阻率为1．29％～8．18％。 相似文献
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应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,对比相同条件下不同深度二维凹坑型非光滑单元体减阻性能的差异,从中分析非光滑单元体的深度减阻性能的影响。经仿真发现:当来流速度为7m/s时,深度为0.2mm的凹坑型非光滑单元体减阻率为15.97%,深度为0.4mm减阻率达到最大值18.08%,而深度为0.6mm时,减阻率出现负值,说明无法实现减阻。最后对二维凹坑型非光滑单元体的减阻原理进行了分析,发现在凹坑中形成反向旋转的涡,从而形成"涡垫"效应,将空气与壁面的滑移摩擦变为滚动摩擦,从而使摩擦阻力有效减少。 相似文献
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【目的】将非光滑特性应用在机械零部件表面可大幅度提升机械零部件接触表面的耐磨性,减少相对运动所带来的摩擦阻力、摩擦系数和黏附力,但目前尚无完备的加工设备能够实现对零部件表面加工出微坑使其形成非光滑表面。【方法】课题组通过分析非光滑仿生表面平整化作用、空穴减阻作用和形变减压作用的减阻机理,提出了一种机械零件非光滑仿生表面加工装置,采用结构分析、技术对比和原理研究等方法制定了机械零件表面加工装置设计方案,并对现有装置的动力机构、运动机构、加工机构、支撑机构以及夹持机构的结构形式进行了改进。【结果】该加工装置对机械零件的端面可连续加工出微坑仿生表面,并且首次可在被加工机械零件半个端面制出4个微坑,与首次加工只能形成1个或2个微坑相比,具备更加可靠的加工精度和较高的加工效率。【结论】机械零件非光滑仿生表面加工装置能够可靠固定待加工机械零件,实现精准定位导向,减少对零部件等非光滑表面加工时产生的误差,且利用此加工装置可加工出具备仿生原型结构的零部件,能够更有效延长被加工零部件的使用寿命。 相似文献
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采用CFD数值计算方法对同心圆柱环隙内的波动涡流进行了数值模拟,根据PIV试验结果验证了数值计算方法的可靠性.重点研究了光壁模型和沟槽数量为9的2个模型环隙内的流场分布以及波动涡流的波动特性,对比分析了2种模型周向的流场分布,计算了泰勒涡的轴向尺寸及其轴向振幅,通过对比2种模型在R-Z平面上的径向速度分布,讨论了沟槽对环隙内流体的外射流作用的影响,分析了沟槽区域的流动特征以及出现的二次流现象.研究结果表明:沟槽的存在显著改变了环隙内的流场分布以及波动涡流的波动特性,沟槽区域形成的旋涡流动促进了沟槽内流体与环隙内流体的相互作用,加剧了环隙内的流动不稳定性. 相似文献
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在农业机械化的推广过程中,阻力过大是制约其发展的重要因素,而仿生学提出了解决此问题的新思路。详细介绍非光滑表面脱附减阻、减粘降阻的机理,及其在农机减阻方面的应用现状,为仿生学在农机设计中的应用提供参考。 相似文献
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仿生非光滑技术在小型水田犁犁壁上的应用试验 总被引：1，自引：0，他引：1
水田犁壁田间作业时由于土壤对犁壁的粘附,导致犁耕阻力增加,降低生产效率.研究人员根据大量的观察和试验,发现自然界中的生物的非光滑体表具有优良的减粘降阻和脱附效应,并据此研究开发了仿生非光滑犁壁.通过田间测试,仿生非光滑犁壁与普通光滑犁壁相比,减阻率为7.88%～13.46%,翻垡好,碎土率高,有较好的推广前景. 相似文献
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利用CFD数值模拟方法对光滑壁面与沟槽数量为18的2种同心圆柱模型内的泰勒-库艾特流动进行计算,在对比光壁模型的PIV试验与CFD数值计算结果后,发现两者吻合良好,验证了文中采用数值计算方法的准确性;针对泰勒涡流流态,定量分析了光壁模型R-Z平面上径向速度以及轴向速度的周期波动性,讨论了环隙中不同径向位置的径向以及轴向速度分布规律,获得了泰勒涡胞尺寸随着Re数增大而减小的变化规律;在相同的Re数下,沟槽数量为18的模型内也出现了泰勒涡流,通过比较2种不同结构模型内流场以及涡量场,发现沟槽的存在显著改变了流场分布,增大了环隙内涡量的大小及泰勒涡胞的尺寸,环隙中部指向外圆柱方向的径向速度也较光壁模型增大了20%,同时,计算获得R-θ平面内沟槽区域的流场分布表明该区域存在着明显的旋涡运动. 相似文献
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仿生非光滑表面形态的计算机模拟 总被引：2，自引：0，他引：2
研究发现,生物体表大都相当明显地体现着各种几何非光滑形态。生物体表非光滑形态的形成不仅与其种属遗传有关,而且与生物活性和环境等有直接的关系。不同形状的非光滑表面是为适应不同种类的土壤性质而进化成的,且有着不同的触土方式。为了研究非光滑表面形态对磨损的影响以及非光滑表面形态自身的参数变化对耐磨性的影响,本文对典型的非光滑形态进行了计算机模拟。 相似文献
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针对深松作业阻力大、牵引能耗高、作业效率低等问题,提出了一种针对低含水率、高紧实度耕作土壤的曲面深松铲主动润滑减阻和土壤改良复合作业方案。首先,在三维扫描获得曲面深松铲三维模型的基础上,通过离散元法分析了曲面深松铲作业过程中深松铲与土壤颗粒间的互作特性,确定了铲体最大摩擦接触面作为主动润滑减阻面;其次,提出了主动液体润滑减阻思路,并借鉴蚯蚓体液分布构形与体表织构,分别在铲面和铲尖的最大摩擦接触面上,设计了沟槽形式的表面构型与节流孔等润滑面结构以及润滑介质泵送系统,形成了主动润滑减阻曲面深松铲;最后,以作业速度、润滑液流量为试验因素,以水平方向作业阻力为主要指标,在两种土壤条件下进行了大田试验。试验结果表明：在褐土地作业环境下,当作业速度为3 km/h、润滑液流量为12 L/min时,减阻率可达13.48%;在盐碱地作业环境下,当作业速度为1.87 km/h、润滑液流量为12 L/min时,减阻率可达19.87%;初步证明主动润滑减阻作业模式在低含水率、高紧实度土壤中具有较好减阻效果。 相似文献
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针对深松作业阻力大、牵引能耗高、作业效率低等问题，提出了一种针对低含水率、高紧实度耕作土壤的曲面深松铲主动润滑减阻和土壤改良复合作业方案。首先，在三维扫描获得曲面深松铲三维模型的基础上，通过离散元法分析了曲面深松铲作业过程中深松铲与土壤颗粒间的互作特性，确定了铲体最大摩擦接触面作为主动润滑减阻面；其次，提出了主动液体润滑减阻思路，并借鉴蚯蚓体液分布构形与体表织构，分别在铲面和铲尖的最大摩擦接触面上，设计了沟槽形式的表面构型与节流孔等润滑面结构以及润滑介质泵送系统，形成了主动润滑减阻曲面深松铲；最后，以作业速度、润滑液流量为试验因素，以水平方向作业阻力为主要指标，在两种土壤条件下进行了大田试验。试验结果表明：在褐土地作业环境下，当作业速度为3km/h、润滑液流量为12L/min时，减阻率可达13.48%；在盐碱地作业环境下，当作业速度为1.87km/h、润滑液流量为12L/min时，减阻率可达19.87%；初步证明主动润滑减阻作业模式在低含水率、高紧实度土壤中具有较好减阻效果。 相似文献