纵向微结构超疏水壁面湍流边界层减阻实验研究

摘要

使用时间分辨的二维粒子图像测速技术(2D-PIV),测量了超疏水壁面(SHS)在槽道中的湍流边界层。基于边界层厚度的摩擦雷诺数在119至173之间。SHS具有微米级的流向沟槽结构,并在展向上均匀分布。实验发现SHS的摩擦系数均小于光滑壁面,且随雷诺数的增加而减少。当摩擦雷诺数约为150并且气体比例分数为0.65时,阻力比存在一个合理的“极小区域”。所有SHS的阻力比均与摩擦雷诺数呈显著负相关关系,并随着无量纲粗糙度宽度的增加而降低。同时还发现无量纲粗糙度宽度等于4为临界位置,此时初始阻力比会随着无量纲粗糙度宽度的增加沿三次多项式迁移。本文通过分析摩擦雷诺数、气体比例分数以及无量纲粗糙度宽度,提出了包含一种新的无量纲特征参数的减阻模型,该模型展示了与摩擦雷诺数、气体比例分数以及无量纲粗糙度宽度有关的函数关系。本研究结果可以加强关于SHS减阻各相关因素之间的联系,同时为微米级结构的设计提供合理的预测和优化方案。