基于仿生学原理的射流表面减阻性能研究

李芳，赵刚，刘维新

（哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001）

基于仿生学原理的射流表面减阻性能研究

李芳，赵刚，刘维新

（哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001）

针对仿生射流表面减阻问题，建立仿生射流表面模型，利用SST k-ω湍流模型对其进行数值模拟，所得射流速度曲线与实验数据吻合良好。研究射流流体对边界层厚度的影响规律，探讨仿生射流表面的减阻机理。利用4因素3水平的正交试验，对射流表面和光滑表面摩擦阻力进行对比分析，得到了射流模型参数对减阻效果和节能效果的影响规律：在不考虑外加射流能量的情况下最大减阻率达50.41%；射流速度对节能效果的影响最大，主流速度对节能效果的影响其次，节能效率与主流速度成正比，最大节能效率为276。射流改变了边界层内的流场结构，使得射流表面的边界层厚度增大，垂直于射流表面的速度梯度减小，摩擦阻力减小。

射流表面；减阻；数值模拟；正交试验设计；边界层

减阻提速、节能降耗一直是科学家们关注的焦点，现有的减阻方法主要包括主动控制减阻法和被动控制减阻法2种，被动控制法由于不需要附加能量，国内外学者对此进行了大量的研究，如任露泉院士［1］所提出的凹坑和凸包减阻法，以及由Walsh［2］提出的V型沟槽减阻法，王晋军等也对此方法进行了深入的研究［3⁃4］。主动控制减阻法虽然实现困难，但减阻效果显著。为此，国内外学者提出了柔顺壁减阻法［5⁃6］、电磁控制减阻［7］、壁面吹吸减阻法［8］等多种方法。……