湍流边界层沟槽结构和表面粗糙度影响机理的数值研究

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1、硕士学位论文湍流边界层沟槽结构和表面粗糙度影响机理的数值研究NumericalStudyofInnuenceMechanismofGrooVeStructureandSurfaceRoughnessonTurbulentBoundaryLayer学科、专业：扭越壹』造拯基自动丝学号：2l咝哑指导教师：型!玉塞麴握大连理工大学DalianUniVerSityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论

2、文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：作者签名：大连理工大学硕士学位论文摘要随着能源危机日益严重，湍流减阻技术逐渐受到了各国的重视，在众多减阻技术中，沟槽面湍流减阻技术作为一种被动控制法，因其简单、易行，减阻效果好，显示出了巨大的应用前景。本文通过数值仿真的手段，研究了沟槽面的减阻机理和特性以及对叶片气动性能的影响。另外，考虑到叶片表面粗糙度会对附近湍流边界层

3、产生不可忽视的影响，本文亦作了相关研究。针对V形槽和梯形槽两种典型沟槽面，本文基于Fluent流体动力学软件，仿真计算了平板沟槽面附近的湍流场。通过改变计算域入口的流量，获得了两种沟槽面的最大减阻率和对应的沟槽无量纲尺寸。在数值计算结果的基础上，对两种沟槽面的减阻性能进行了比较。然后从壁面切应力分布、近壁区流场特征、边界层流动参数等方面分析了沟槽面湍流边晃层流动特性和减阻机理。在平板沟槽面仿真研究的基础上，本文将减阻效果较优的梯形沟槽面应用于rotor37压气机叶片表面L，研究其对叶片气动性能的影响。通过叶片表面沟槽无量纲尺寸的分析，确

4、定了合适的梯形槽尺寸和分布范围，建立了相应的沟槽叶片模型。然后通过仿真计算，验证了将沟槽面应用于航空叶片表面的可行性，并对沟槽叶片压力系数、摩擦系数、出口总压损失等气动参数的变化作了深入的分析。此外，本文建立了单个rotor37叶片的有限元模型，并基于标准k，￡湍流模型和壁面函数法研究了粗糙度分布对叶片气动性能的影响。为了方面研究，将叶片表面分为前、中、后三个区域，并假设其中一区域为粗糙面。然后从叶片等熵效率、总压比、激波位置、尾迹损失等方面分析了叶片表面不同位置粗糙度的影响规律。分析结果表明，叶片前部粗糙度对叶片影响最大，引起的流动损

5、失最严重，中部粗糙度影响次之，后部粗糙度影响最弱。关键词：沟槽面；减阻；粗糙度；数值仿真；叶片性能湍流边界层沟槽结构和表面粗糙度影响机理的数值研究NumericalStudyofInnuenceMechanismofGrooVeStmctureandSurfaceRoughnessonTurbulentBounda叫LayerAbstractW．thenergycrisisgrowingseriously，伊eatattentionhasbeenpaidtoturbulentflowdragreductiontechniqueallov

6、ertheworld．AsapassiVecontrolmethod，grooVesurfaceturbulentdragreductiontechniquehasshownagreatapplicationprospect啪ongthenumerousdragreductiontechniques，foritssimple，easyandsignificantdragreductione“Iect．Thisp印ertakesresearchondragreductionmechanismandcharacteristicsofgroo

7、Vesurface，aswellasitseffectonbladeaerodynamicpe—brmancebynumericalsimuIation．Also，theinfluenceofbladesurfaceroughnessisstudiedforitsnon-negligibleinfluenceonturbulentbounda呵layeraroundtheblade．FortwotypicalgroovesurfacesofV—grooVeandtrapezoid—grooVe，theturbulentflowfieId

8、aroundgroovepIateiscaIcuIatedwithfluiddynamicssoftwareFJuent．BychanginginIetnowrateofthecomputationaldo