仿生超疏水表面滑移流动减阻的数值研究

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1、硕士学位论文仿生超疏水表面滑移流动减阻的数值研究作者姓名_____________范少涛____________学科专业船舶与海洋结构物设计制造指导教师赵成璧副教授所在学院土木与交通学院论文提交日期2015年5月NumericalStudyofSlip-FlowDragReductionoverBionicSuperhydrophobicSurfaceADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：FanShaotaoSupervisor：Prof.ZhaoChengbiSout

2、hChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：O357.5学校代号：10561学号：201220106903华南理工大学硕士学位论文仿生超疏水表面滑移流动减阻的数值研究作者姓名：范少涛指导教师姓名、职称：赵成璧副教授申请学位级别：硕士学科专业名称：船舶与海洋结构物设计制造研究方向：船舶与海洋结构物先进设计与制造论文提交日期：2015年05月20日论文答辩日期：2015年05月29日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：李德玉_委员：赵成璧、王冬姣、胡金鹏、罗

3、思洪_华南理工大学学位论文原创性声明本人郑里声明：所呈交的论文是本人泎导帅的指3卜独夺进行研宄所取得的研究成果*.除了文屮特别加以标注引用的内容外•本论文+包介任何其他个人或集沐E1努发表或桄写的成果伶品。对木文的研宂做出虽要贡献的个人和集体.均己在文中以明确方式标明，本人A全意iH到木声明的法律话果由本人承担。作者签名：兹力#寸円期wr年t月kR学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全/解学校有关保留、使川学位论文的规定，即：研宄生在校攻读学位期；^论文.t作的知识产权唞位滅华南3工大学校有权保奶t•如4家有关部门或机构送交论文的贷

4、印件和电丫•版，允许学位论文被査初（餘在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或邰分内稃，可以允许采相彩印、缩印或其它笈制于段保存、汇编学位沦文。木人电于文档的内荇和纸质沦文的内容相一致3本学位论文屈hn保密•在____年解密fi&n本授权札保私成菜在校允网上k布，供校内邢牛.和与学校有共卒协议的中•位浏览：同s将本人学位论文提义中丨*丨学术期刊(光®版）电+杂志社全文出钣和编入CNKI《屮(5

5、知识资源总.

6、〇.传播学位论文的令部或部分内容"(请在以上相应方框内打>作者签名：b期：wLr.h桁导教师签名urn：^c.r.

7、^摘要节能减排一直以来都是人类追求的目标，特别是在当今时代全球能源消耗不断上涨的情况下，科学家们已经将越来越多的精力投入到如何有效利用和保护能源的领域上。结合船舶与海洋结构物设计制造，本专业研究人员一直在努力寻找有效的减阻方法。针对这一目标，我们考虑从仿生学的角度出发，在“荷花效应”的基础上来推动船舶减阻技术的发展，超疏水表面仿生学减阻将成为一个前景远大的研究领域。本论文运用计算流体力学的方法对超疏水表面滑移流动减阻进行数值研究。文章从回顾超疏水表面的研究现状和研究方法开始，从不同角度总结了超疏水表面的实验研究方法和超疏水表面的数值研

8、究所取得的主要成果，给出了超疏水表面滑移的基本概念和理论模型。基于以上观点，我们分别研究了三种超疏水表面模型在不同雷诺数下对减阻性能的影响，并从减阻效果、减阻机理、流场特征等方面对模拟结果进行详细分析和探讨；最后，将这三种超疏水表面模型的研究成果应用到船舶减阻方面，进一步探索超疏水表面滑移流动对船舶阻力性能的影响。结果表明，从仿生角度设计的超疏水表面具有优于光滑表面的减阻性能，超疏水表面上存在的自由剪切气液界面是形成减阻的一个主要原因。从流体力学的观点看自由剪切气液界面，实质上就是流体中的滑移边界条件，故在一定程度上可以简化超疏水表面

9、滑移流动的气层模型，并在相应界面中引入滑移速度边界条件。结合船舶阻力性能研究发现，在目前科学发展的高度下，超疏水表面应用在船舶阻力方面能够收到一定程度的减阻效果。对于形状简单瘦长的Wigley船型，最大减阻率可达到27.688%；同样面积的超疏水布置在船中减阻效果最好，其次是船首，最后是船尾。关键词：超疏水表面；滑移速度；船舶减阻；仿生IAbstractEnergyconservationandemissionreductionhavealwaysbeenthegoalsforhumanstopursue,Sonowadaysscie

10、ntistsstarttodevotemoreandmoreeffortstotheeffectiveutilizationandprotectionofenergy.Uniteourmajor,tofindoutame