李山 姜楠† 杨绍琼2)‡

1) (天津大学机械工程学院, 天津 300072)

2) (青岛海洋科学与技术试点国家实验室, 青岛 266237)

1 引 言

流体阻力分为几种形式, 其中最为基本的是压差阻力和壁面摩擦阻力. 壁面阻力是由于流体与固体壁面相互作用及流体间的分子吸引力产生的.50多年来的实验和模拟的结果表明, 在近壁面湍流边界层中存在一系列的自维持运动[1−3]. 而在识别出的湍流运动中, 存在两个非常重要的事件, 即喷射事件和扫掠事件, 因为80%的湍动能都由这两个事件产生[4]. 扫掠事件一般发生在近壁=15以下, 与壁面剪切应力的产生紧密相连[5,6],对于减阻研究尤为重要, 因此, 对固壁表面进行调制改造以实现减阻更为容易且有效.

自然界中已自行演化出多种流动减阻的方法,其中具有代表性的为存在于鲨鱼表皮的微型鳞片结构, 大小一般在0.2–0.5之间, 凹槽的间距为30–100, 人们称之为“肤齿”, 沿着流动的方向排列, 形状类似于小沟槽, 有了这些沟槽似的微结构鲨鱼才能够保持清洁并快速游动[7−9]. 关于顺流向沟槽的研究始于20世纪80年代[10−13], 随后科研人员对其在层流边界层[12−14]、 转捩边界层[15]以及湍流边界层[5,16−18]中的减阻效果及其减阻机理进行了大量的实验和数值模拟研究. 已有研究结果发现, 当无量纲的沟槽高度和间距在一定范围内时具有减阻效果, Bechert等[17]和Walsh[19]在锯齿形沟槽壁面湍流边界层获得了约10%的减阻率(15). 关于顺流向沟槽的减阻机理, 目前有两种理论： 一是沟槽抑制了近壁……