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基于蚯蚓背孔射流的仿生射流表面减阻性能研究

谷云庆 牟介刚 代东顺 郑水华 蒋兰芳 吴登昊 任芸 刘福庆

基于蚯蚓背孔射流的仿生射流表面减阻性能研究

谷云庆, 牟介刚, 代东顺, 郑水华, 蒋兰芳, 吴登昊, 任芸, 刘福庆
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  • 为了减小流体对固体壁面的阻力, 基于蚯蚓生物学特征, 对蚯蚓背孔射流特性进行分析, 建立仿蚯蚓背孔射流的仿生射流表面计算模型, 采用SST k-ω 湍流模型对仿生射流表面的减阻特性进行数值模拟, 同时对数值模拟结果进行实验验证, 并以此研究了仿蚯蚓背孔射流表面的减阻机理.结果表明, 在一定条件下, 仿蚯蚓背孔射流的仿生射流表面具有较好的减阻效果; 在同一射流方向角下, 随着射流速度的增加, 减阻率逐渐增大; 在同一射流速度下, 随着射流方向角的增加, 减阻率呈先减小后增大的变化趋势; 数值模拟与实验均在射流速度为1 m·s-1、射流方向角为-30°时达到最大, 分别为8.69%, 7.86%; 射流表面改变了原有光滑壁面的边界层结构, 对壁面边界层进行了有效的控制, 减小了壁面的剪应力, 降低了壁面边界层的速度.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51275102, 51305399, 51476144)资助的课题.
    [1]

    Ren L Q, Li X J 2013 Sci. China: Technol. Sci. 56 884

    [2]

    Chirende B, Li J Q, Wen L G, Simalenga T E 2010 Sci. China: Technol. Sci. 53 2960

    [3]

    Gu Y Q, Zhao G, Zheng J X, Li Z Y, Liu W B, Muhammad F K 2014 Ocean Eng. 81 50

    [4]

    Koeltzsch K, Dinkelacker A, Grundmann R 2002 Exp. Fluids 33 346

    [5]

    Huang Q G, Pan G, Song B W 2014 Acta Phys. Sin. 63 054701 (in Chinese) [黄桥高, 潘光, 宋保维 2014 物理学报 63 054701]

    [6]

    Ren L Q, Liang Y H 2009 Sci. China E: Technol. Sci. 52 2791

    [7]

    Wang L, Cai W H, Li F C 2014 Chin. Phys. B 23 034701

    [8]

    Karthikeyan C, Krishnan R, Princy S A 2008 J. Bionic Eng. 5 25

    [9]

    Lu Y X 2004 J. Bionic Eng. 1 1

    [10]

    Ren L Q, Wang S J, Tian X M, Han Z W, Yan L N, Qiu Z M 2007 J. Bionic Eng. 4 33

    [11]

    Wang B, Wang J D, Chen D R 2014 Acta Phys. Sin. 63 074702 (in Chinese) [王宝, 汪家道, 陈大融 2014 物理学报 63 074702]

    [12]

    Lang S S, Geng X G, Zang D Y 2014 Acta Phys. Sin. 63 084704 (in Chinese) [郎莎莎, 耿兴国, 臧渡洋 2014 物理学报 63 084704]

    [13]

    Wang Y H, Zhang C C, Wang J, Shi L, Zhang X P, Ren L Q 2012 J. Jilin Univ. Eng. (Tech. Ed.) 42 1442 (in Chinese) [王永华, 张成春, 王晶, 石磊, 张雪鹏, 任露泉 2012 吉林大学学报 (工学版) 42 1442]

    [14]

    Liu F, Shi W P, Ren L Q 2010 Chin. J. Theor. Appl. Mech. 42 951 (in Chinese) [刘芳, 施卫平, 任露泉 2010 力学学报 42 951]

    [15]

    Ren L Q, Han Z W, Li J Q, Tong J 2002 J. Terramech. 39 221

    [16]

    Ren L Q, Han Z W, Li J Q, Tong J 2006 Soil Tillage Res. 85 1

    [17]

    Gu Y Q, Zhao G, Liu H, Zheng J X, Ru J, Liu M M, Chatto A R, Wang C G 2013 J. Cent. South Univ. 20 3065

    [18]

    Mezoff S, Papastathis N, Takesian A, Trimmer B A 2004 J. Exp. Biol. 207 3043

    [19]

    Chernousko F L 2005 Appl. Math. Comput. 164 415

    [20]

    Kim B, Lee M G, Lee Y P, Kim Y, Lee G 2006 Sens. Actuators A: Phys. 125 429

    [21]

    Ren L Q 2009 Sci. China E: Technol. Sci. 52 273

    [22]

    Shelley T Ren L Q, Tong J, Li J Q, Chen B C 2001 J. Agric. Eng. Res. 79 239

    [23]

    Zu Y Q, Yan Y Y 2006 J. Bionic Eng. 3 179

    [24]

    Yan Y Y, Zu Y Q, Ren L Q, Li J Q 2007 Proc. Inst. Mech. Eng. Part C: J. Mech. Eng. Sci. 221 1201

    [25]

    Tong J, Moayad B Z, Ren L Q, Chen B C 2004 Int. Agric. Eng. J. 13 71

    [26]

    Accoto D, Castrataro P, Dario P 2004 J. Theoret. Biol. 230 49

    [27]

    Liu G M, Li J Q, Zou M, Li Y W, Tian X M 2008 Trans. Chin. Soc. Agric. Engineer. 24 62 (in Chinese) [刘国敏, 李建桥, 邹猛, 李因武, 田喜梅 2008 农业工程学报 24 62]

    [28]

    Yan Y Y, Ren L Q, Li J Q 2006 Int. J. Des. Nat. 1 135

    [29]

    Catalano P, Amato M 2003 Aerosp. Sci. Technol. 7 493

    [30]

    You Y C, Buanga B, Hannemann V, Ldeke H 2012 Chin. J. Aeronaut 25 325

    [31]

    Menter F R 1994 AIAA J. 32 1598

    [32]

    Xiong J B, Koshizuka S, Sakai M 2011 Nucl. Eng. Des. 241 3190

    [33]

    EÇa L, Hoekstra M 2011 Compu. Fluids 40 299

    [34]

    Gu Y Q, Zhao G, Zheng J X, Zhang S, Ru J, Liu M M, Yao J J 2012 J. Xi'an Jiaotong Univ. 46 71 (in Chinese) [谷云庆, 赵刚, 郑金兴, 张殊, 汝晶, 刘明明, 姚建均 2012 西安交通大学学报 46 71]

    [35]

    Gu Y Q, Mou J G, Zhao G, Wang F 2014 J. Huazhong Univ. Sci. Technol. (Nutural Science Edition) 42 22 (in Chinese) [谷云庆, 牟介刚, 赵刚, 王飞 2014 华中科技大学学报(自然科学版) 42 22]

    [36]

    Gu Y Q, Ru J, Zhao G, Li Z Y, Liu W B, Muhammad F K 2014 Appl. Mech. Mater. 461 725

    [37]

    Wang J, Zhang C C, Ren L Q, Han Z W 2011 J. China Ordnance 7 59

  • [1]

    Ren L Q, Li X J 2013 Sci. China: Technol. Sci. 56 884

    [2]

    Chirende B, Li J Q, Wen L G, Simalenga T E 2010 Sci. China: Technol. Sci. 53 2960

    [3]

    Gu Y Q, Zhao G, Zheng J X, Li Z Y, Liu W B, Muhammad F K 2014 Ocean Eng. 81 50

    [4]

    Koeltzsch K, Dinkelacker A, Grundmann R 2002 Exp. Fluids 33 346

    [5]

    Huang Q G, Pan G, Song B W 2014 Acta Phys. Sin. 63 054701 (in Chinese) [黄桥高, 潘光, 宋保维 2014 物理学报 63 054701]

    [6]

    Ren L Q, Liang Y H 2009 Sci. China E: Technol. Sci. 52 2791

    [7]

    Wang L, Cai W H, Li F C 2014 Chin. Phys. B 23 034701

    [8]

    Karthikeyan C, Krishnan R, Princy S A 2008 J. Bionic Eng. 5 25

    [9]

    Lu Y X 2004 J. Bionic Eng. 1 1

    [10]

    Ren L Q, Wang S J, Tian X M, Han Z W, Yan L N, Qiu Z M 2007 J. Bionic Eng. 4 33

    [11]

    Wang B, Wang J D, Chen D R 2014 Acta Phys. Sin. 63 074702 (in Chinese) [王宝, 汪家道, 陈大融 2014 物理学报 63 074702]

    [12]

    Lang S S, Geng X G, Zang D Y 2014 Acta Phys. Sin. 63 084704 (in Chinese) [郎莎莎, 耿兴国, 臧渡洋 2014 物理学报 63 084704]

    [13]

    Wang Y H, Zhang C C, Wang J, Shi L, Zhang X P, Ren L Q 2012 J. Jilin Univ. Eng. (Tech. Ed.) 42 1442 (in Chinese) [王永华, 张成春, 王晶, 石磊, 张雪鹏, 任露泉 2012 吉林大学学报 (工学版) 42 1442]

    [14]

    Liu F, Shi W P, Ren L Q 2010 Chin. J. Theor. Appl. Mech. 42 951 (in Chinese) [刘芳, 施卫平, 任露泉 2010 力学学报 42 951]

    [15]

    Ren L Q, Han Z W, Li J Q, Tong J 2002 J. Terramech. 39 221

    [16]

    Ren L Q, Han Z W, Li J Q, Tong J 2006 Soil Tillage Res. 85 1

    [17]

    Gu Y Q, Zhao G, Liu H, Zheng J X, Ru J, Liu M M, Chatto A R, Wang C G 2013 J. Cent. South Univ. 20 3065

    [18]

    Mezoff S, Papastathis N, Takesian A, Trimmer B A 2004 J. Exp. Biol. 207 3043

    [19]

    Chernousko F L 2005 Appl. Math. Comput. 164 415

    [20]

    Kim B, Lee M G, Lee Y P, Kim Y, Lee G 2006 Sens. Actuators A: Phys. 125 429

    [21]

    Ren L Q 2009 Sci. China E: Technol. Sci. 52 273

    [22]

    Shelley T Ren L Q, Tong J, Li J Q, Chen B C 2001 J. Agric. Eng. Res. 79 239

    [23]

    Zu Y Q, Yan Y Y 2006 J. Bionic Eng. 3 179

    [24]

    Yan Y Y, Zu Y Q, Ren L Q, Li J Q 2007 Proc. Inst. Mech. Eng. Part C: J. Mech. Eng. Sci. 221 1201

    [25]

    Tong J, Moayad B Z, Ren L Q, Chen B C 2004 Int. Agric. Eng. J. 13 71

    [26]

    Accoto D, Castrataro P, Dario P 2004 J. Theoret. Biol. 230 49

    [27]

    Liu G M, Li J Q, Zou M, Li Y W, Tian X M 2008 Trans. Chin. Soc. Agric. Engineer. 24 62 (in Chinese) [刘国敏, 李建桥, 邹猛, 李因武, 田喜梅 2008 农业工程学报 24 62]

    [28]

    Yan Y Y, Ren L Q, Li J Q 2006 Int. J. Des. Nat. 1 135

    [29]

    Catalano P, Amato M 2003 Aerosp. Sci. Technol. 7 493

    [30]

    You Y C, Buanga B, Hannemann V, Ldeke H 2012 Chin. J. Aeronaut 25 325

    [31]

    Menter F R 1994 AIAA J. 32 1598

    [32]

    Xiong J B, Koshizuka S, Sakai M 2011 Nucl. Eng. Des. 241 3190

    [33]

    EÇa L, Hoekstra M 2011 Compu. Fluids 40 299

    [34]

    Gu Y Q, Zhao G, Zheng J X, Zhang S, Ru J, Liu M M, Yao J J 2012 J. Xi'an Jiaotong Univ. 46 71 (in Chinese) [谷云庆, 赵刚, 郑金兴, 张殊, 汝晶, 刘明明, 姚建均 2012 西安交通大学学报 46 71]

    [35]

    Gu Y Q, Mou J G, Zhao G, Wang F 2014 J. Huazhong Univ. Sci. Technol. (Nutural Science Edition) 42 22 (in Chinese) [谷云庆, 牟介刚, 赵刚, 王飞 2014 华中科技大学学报(自然科学版) 42 22]

    [36]

    Gu Y Q, Ru J, Zhao G, Li Z Y, Liu W B, Muhammad F K 2014 Appl. Mech. Mater. 461 725

    [37]

    Wang J, Zhang C C, Ren L Q, Han Z W 2011 J. China Ordnance 7 59

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-05-13
  • 修回日期:  2014-06-23
  • 刊出日期:  2015-01-05

基于蚯蚓背孔射流的仿生射流表面减阻性能研究

  • 1. 浙江工业大学机械工程学院, 杭州 310014;
  • 2. 浙江工业大学之江学院, 杭州 310024
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51275102, 51305399, 51476144)资助的课题.

摘要: 为了减小流体对固体壁面的阻力, 基于蚯蚓生物学特征, 对蚯蚓背孔射流特性进行分析, 建立仿蚯蚓背孔射流的仿生射流表面计算模型, 采用SST k-ω 湍流模型对仿生射流表面的减阻特性进行数值模拟, 同时对数值模拟结果进行实验验证, 并以此研究了仿蚯蚓背孔射流表面的减阻机理.结果表明, 在一定条件下, 仿蚯蚓背孔射流的仿生射流表面具有较好的减阻效果; 在同一射流方向角下, 随着射流速度的增加, 减阻率逐渐增大; 在同一射流速度下, 随着射流方向角的增加, 减阻率呈先减小后增大的变化趋势; 数值模拟与实验均在射流速度为1 m·s-1、射流方向角为-30°时达到最大, 分别为8.69%, 7.86%; 射流表面改变了原有光滑壁面的边界层结构, 对壁面边界层进行了有效的控制, 减小了壁面的剪应力, 降低了壁面边界层的速度.

English Abstract

参考文献 (37)

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