形状、结构耦元对排气管减阻性能影响

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1、形状、结构耦元对排气管减阻性能影响Influenceofshapeandstructurecouplingelementsonthedragreductionofexhaustpipe作者姓名：许浩然类别：工程硕士领域（方向）：材料工程指导教师：周宏教授刘海峰高级工程师答辩日期：2015年6月2日摘要形状、结构耦元对排气管减阻性能影响社会物质的极大丰富，人们生活日渐改善，汽车的需求也是水涨船高，紧随其后的尾气污染问题，尤其是最近热议的雾霾问题正逐渐侵蚀着人们的工作、生活以及身心健康。减小尾气排放过程的阻力能够提高发动机的排气效率，进而减少有害气体的排放。因此，研究汽车排气过程中

2、减阻问题具有重要的现实意义。以往研究表明，通过对生物体表的模仿，利用仿生耦合技术制成的仿鲨鱼皮泳衣在减阻方面获得较大的突破。然而，仿生耦合技术中，不同耦元对减阻的影响不同，本文从形状、结构耦元入手，研究形状结构耦合单元体对排气管减阻性能的影响及对仿生模型的减阻机制进行探讨，主要成果如下：1、以海洋生物鲨鱼、海豚及陆地生物蜣螂、龙虱空中生物信鸽为生物原型设计了沟槽形、凹坑形、椭球形单元体，以及具有椭圆结构、梯形结构、抛物线结构、半椭圆结构、半梯形结构、半抛物线结构单元体；2、应用模拟软件Fluent模拟排气管内流体的速度场、壁面剪应力、湍流强度，分析了不同形状及形状相同、结构不同

3、单元体仿生试样的减阻特性，并研究了相同形状和结构单元体不同特征参数仿生试样的减阻特性；3、揭示出形状耦元中，具有沟槽形单元体仿生试样的减阻性能最佳；在结构耦元中，沟槽形与抛物线结构耦合单元体仿生试样减阻性能最佳；通过改变抛物线结构的深度和宽度后发现，深0.5mm，宽3mm仿生试样具有较好减阻效果；4、揭示仿生耦合处理减阻机理（1）、沟槽的存在使气—固接触变成气—固、气—气接触，减小了摩擦力，提高了排气管内流体流速；（2）、沟槽能够使边界层的黏性底层厚度增加，垂直于壁面方向的速度梯度降低，导致来自壁面的摩擦阻力减小；（3）、流体在管内流动为湍流，在流动过程中会出现湍流猝发现象，沟

4、槽的存在能够对湍流猝发起到一定的阻碍作用，猝发强度降低，起到减阻作用。关键词：仿生耦合，形状，结构，排气管，减阻IAbstractEffectofshapeandstructurecouplingelementsonthedragreductionofexhaustpipeThematerialofsocietyismoreandmoreabudance,people’slifeimproveddaybyday.Thedamandforsisalsorising.Theexhaustpollution,especiallythesmogpollutionisalsocoming

5、.Thepollutioniseffectingourwork,lifeandphysicalandmentalhealth.Reducingthedragofexhaustpipecanimprovetheefficiencyoftheengineexhaust.Theexhaustofharmfulgassescanbereduced.Therefore,thedragreductionofexhaustpipeisveryimprovement.Inpreviousstudies,imitatingsharkskinswimsuitsareproductedbyimita

6、tingthebodystructureofcreatureandmeltingthethoughtofbionomiccoupled,itcanreducethedrageffective.However,inthetechonolgyofbiomimetic,theeffectofdifferentcouplingelementsaredifferent.Thearticlebasedofshapeandstructurecouplingelememts,studingtheeffectofshapeandstructurecouplingelementsonthedrag

7、reductionofexhaustpipeandexploringthemechanismofdragreduction.Themainresultsindicatethat:1、Theshapeofgroove,concaveandelliposidunitsarebasedonthesurfaceofshark,dolphin,dungbeetle,predaciousdivingbeetle,pigeonandthestructureofelliptical,trapezoid,pa