鯊魚(yú)鰓部結(jié)構(gòu)分析及仿生射流減阻特性研究.pdf

1、在上世紀(jì)中期，仿生學(xué)這門新的邊緣學(xué)科問(wèn)世，它研究生物體的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，并將這些應(yīng)用到工程技術(shù)之中，從而創(chuàng)造一門全新的技術(shù)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源問(wèn)題日益嚴(yán)峻，而阻力是造成能量損失的一個(gè)關(guān)鍵因素，減阻即意味著節(jié)約能源，因此，國(guó)內(nèi)外正在不斷加快各種減阻技術(shù)的研究。綜合以上兩點(diǎn)，受鯊魚(yú)鰓部射流現(xiàn)象的啟發(fā)，本文基于仿生學(xué)原理，探索射流表面的減阻問(wèn)題。論文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：仿生射流表面減阻特性及減阻機(jī)理研究（51275102）的資

2、助下，主要研究鯊魚(yú)鰓部結(jié)構(gòu)及仿生射流減阻特性的相關(guān)問(wèn)題。
　　首先，本文整理了已有的關(guān)于鯊魚(yú)的呼吸系統(tǒng)的資料，提取對(duì)本文有用的信息。分析鯊魚(yú)的鰓部結(jié)構(gòu)，研究鯊魚(yú)的呼吸機(jī)制，并對(duì)其進(jìn)行阻力分析。鯊魚(yú)在水中游動(dòng)與潛艇類似，故根據(jù)潛艇所受的阻力計(jì)算方式來(lái)分析鯊魚(yú)在水中游動(dòng)時(shí)所受阻力，發(fā)現(xiàn)鯊魚(yú)在水中游動(dòng)時(shí)所受的阻力主要有表面摩擦阻力，粘壓阻力和附體阻力，其中表面摩擦阻力占總阻力的80％以上，粘壓阻力由鯊魚(yú)體型決定。
　　其次，研究鯊

3、魚(yú)鰓部射流原型，對(duì)多條鯊魚(yú)的鰓部進(jìn)行解剖分析。通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)手段提取與本文相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括鯊魚(yú)的呼吸頻率，射流出口的變化規(guī)律，射流角度及射流速度等觀測(cè)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)；鯊魚(yú)的體型特征，鰓部特征，尤其是鰓裂的尺寸、位置、排布等解剖實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，抽象化其內(nèi)在關(guān)系，建數(shù)學(xué)模型。觀測(cè)鰓裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提取數(shù)據(jù)，并與現(xiàn)有的資料對(duì)比分析鯊魚(yú)呼吸過(guò)程、通道及機(jī)理；并根據(jù)采集已有的數(shù)據(jù)，采用Proe建模技術(shù)，建立鯊魚(yú)三維幾何模型。

4、　　然后，通過(guò) CFD技術(shù)模擬計(jì)算鯊魚(yú)射流模型，分析射流對(duì)其周圍流場(chǎng)的影響。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，包括表面摩擦阻力值，射流孔附近的靜壓力分布云圖，剪應(yīng)力云圖，速度云圖，指定剖面的靜壓力曲線，分析鯊魚(yú)射流所產(chǎn)生的附加功能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鯊魚(yú)射流確實(shí)具有減阻效果。
　　最后，提取影響射流減阻效果的相關(guān)因素。根據(jù)實(shí)驗(yàn)中提取的鯊魚(yú)射流模型，結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用，提出平板射流模型；通過(guò)理論計(jì)算與仿真結(jié)果對(duì)比證明數(shù)值模擬計(jì)算的可靠性；通過(guò)數(shù)值模擬技術(shù)，分