仿生微结构湍流减阻机理的热力学分析

摘要

近些年,鲨鱼皮仿生表面微结构在湍流减阻中的机理及应用研究成为热点,本文基于热力学理论探讨仿生微结构湍流减阻机理.利用RANS模型,对光滑及带鲨鱼皮仿生微结构无限大平行平板间充分发展湍流进行了数值模拟.将圆管阻力因数公式推广到任意截面形状,推导出熵产形式的阻力因数公式,并定义了湍流流动的熵产率降低份额和减阻率,从热力学的角度揭示了仿生微结构的减阻机理源于对湍流流动的脉动部分的抑制,结果表明,抑制作用越强,相应的熵产率降低份额越大,减阻效果越好.同时,本文分析了不同雷诺数下条状和齿状两种微结构的湍流减阻效果,并得到减阻率随微结构中心无量纲距离的变化曲线.