非光滑疏水表面的微氣泡減阻技術(shù)研究.pdf

1、在船舶運(yùn)輸和管道輸運(yùn)等流體減阻領(lǐng)域中，壁面摩擦阻力在總阻力中占有較大比例。如何減小固體壁面與流體介質(zhì)間的摩擦阻力提高能源利用效率，一直是大量學(xué)者研究的熱點(diǎn)。微氣泡減阻技術(shù)能有效的減小固體壁面與流體介質(zhì)之間的摩擦阻力，其基本作用原理是將氣相介質(zhì)引入固體表面，在近壁區(qū)形成氣液兩相混合流，降低壁面邊界層附近的流體密度改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，將部分固液界面轉(zhuǎn)變?yōu)闊o剪切應(yīng)力的滑移氣液界面，從而降低固體壁面的摩擦阻力。
　　本文將凹坑型非光滑表面

2、和低表面能疏水壁面減阻方法與微氣泡減阻技術(shù)相互結(jié)合，充分利用非光滑表面的微觀結(jié)構(gòu)和壁面的低表面能疏水特性，改善微氣泡減阻穩(wěn)定性問題，使微氣泡能夠長久穩(wěn)定的吸附、停留在具有特殊形態(tài)的固體表面提高微氣泡減阻效率。
　　本文利用數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)測試的方法對特殊壁面狀態(tài)下的微氣泡減阻性能進(jìn)行了研究分析。通過Fluent軟件中氣液兩相流模塊對管道及船體模型進(jìn)行了微氣泡減阻性能的數(shù)值模擬，分析了特殊壁面凹坑微結(jié)構(gòu)、低表面能疏水特性及主流速度等因

3、素對微氣泡減阻性能的影響規(guī)律，并利用壁面摩擦阻力、邊界層空隙率及阻力系數(shù)等參數(shù)表征了微氣泡的減阻效果。在實(shí)驗(yàn)測試方面，本文在壓差減阻測試平臺的基礎(chǔ)上對試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了簡單改進(jìn)，同時(shí)利用低表面能疏水涂層在模型底面制備了凹坑結(jié)構(gòu)及疏水效果，實(shí)現(xiàn)了對微型船體模型特殊壁面條件下的微氣泡減阻性能測試。其中在數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測試條件下模型最佳減阻效率分別為54.5％和18.1％。
　　研究過程中實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果與模擬分析相互吻合均表明:微氣泡減阻技術(shù)

4、可以顯著降低流體中固體壁面所受的摩擦阻力;減阻效果與主流速度和微氣泡的通入量有很大關(guān)系;凹坑型微結(jié)構(gòu)表面及低表面能疏水特性的引入在相同邊界條件下可以增加壁面邊界層空隙率提高微氣泡減阻效果。壁面的疏水特性越強(qiáng)越有利于促進(jìn)微氣泡減阻效率的提升，但隨著凹坑尺寸的增大對流場的擾動(dòng)作用增強(qiáng)減阻效果下降。
　　本文將微氣泡流體減阻技術(shù)與疏水性凹坑型壁面減阻方法相結(jié)合，利用壁面的凹坑型微結(jié)構(gòu)及低表面能疏水特性，明顯改善了微氣泡減阻過程中微氣泡在