严 冬 孙 姣,** 高天达 陈 丕 成雨霆 陈文义,2)

* (河北工业大学过程装备与控制工程系,天津 300130)

† (河北工业大学化工学院,化工节能过程集成与资源利用国家地方联合工程实验室,天津 300130)

** (天津大学机械工程学院力学系,天津 300350)

引言

减阻沟槽作为一种被动的减阻方式因其不消耗能源的特点拥有广泛的应用前景.减阻沟槽起源于对于海豚表皮的仿生学研究[1],海豚和鲨鱼表皮存在着微小的,沿着水流方向排列的沟槽结构.这些结构与鲨鱼体表的清洁程度和快速游泳能力有较大的关系[2].顺流沟槽的研究始于20 世纪80年代美国兰利研究所[3-5],之后科研人员对于不同边界层中的减阻效果和机理进行了大量研究,Walsh 等[5-6]和Bechert等[7-8]对于不同截面形状的平行沟槽分别进行了大量模拟和实验,分别得到了不同截面形状下沟槽的减阻曲线.对于无量纲间距相同的不同形态的沟槽而言,其单条沟槽截面积越小,即越“薄”的沟槽减阻效果越好[9],但更加不耐用且更易失效.直线锯齿形沟槽易于加工,成本较低并且更加耐用,更加符合生产生活中使用的减阻沟槽形态.

大量实验和模拟数据表明,对于某一形态的沟槽,其存在一个有效的减阻范围[8],这个范围与沟槽的无量纲高度h+和无量纲间距s+有关,García-Mayoral 和Jiménez[10]使用沟槽截面积的平方根lg+作为新的特征长度,以更精确地刻画减阻曲线.目前关于顺流向沟槽的减阻机理有两个理论:一是沟槽的表面可以视作一个“虚拟平面”,沟……