超疏水表面流场特性及减阻规律的数值仿真研究

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1、第18卷第1-2期船舶力学Vo1．18No．1—22014年2月JournalofShipMechanicsFeb．2014文章编号：1007—7294(2014)01—0001—11超疏水表面流场特性及减阻规律的数值仿真研究黄桥高，潘光，宋保维，刘占一，胡海豹(西北工业大学航海学院，西安710072)摘要：在建立超疏水表面流场数值仿真模型的基础上，对具有微观形貌的超疏水表面在湍流状态下的流场特性和减阻规律进行了仿真研究。仿真结果显示，超疏水表面气液界面处产生了显著的滑移流动，微观形貌附近出现了成对的流向涡。这些因素共同抑制

2、了湍流脉动，降低了各向雷诺应力，减少了流动能量损失，从而使超疏水表面产生减阻效果；超疏水表面减阻量随自由剪切面积比的增大而增大，随形貌周期的增大而增大，且减阻效果与滑移之间存在定性的关系，滑移越大，减阻效果越好。关键词：超疏水表面；微观形貌；流场结构；滑移；减阻规律中图分类号：0357．1文献标识码：Adoi：10．3969~．issn．1007—7294．2014．h1．001Numericalsimulationofsuperhydr0ph0bicsurface’Sflowfieldcharacteristicanddr

3、agreductionruleHUANGQiao-gao，PANGuang,SONGBao-wei，LIU吼—，HUHal—bao(CollegeofMarine，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Basedonthenumericalsimulationmodelofsuperhydrophobicsurfacesflowfield，theflowfieldcharacteristicsandthedragreductionlawa

4、restudiedwithsuperhydrophobicsurfaceswiththemicrocos—mictopographyinturbulence．Theresultsshowthattheprominentslipflowsonthegas-liquidinterfaceandtheconjugatedstreamwisevortexnearthemicrocosmictopographyofsuperhydrophobicsurfacesappear．Thesefactorsinhibittheturbulen

5、tfluctuation，reduceReynoldsstressandenergylosstogether,SOthatthesuperhydrophobicsurfacesgeneratedragreductioneffect；thedragreductionofsuperhydrophobicsurfacesincreaseswiththeincreaseofthefreesheararearatiosandincreaseswiththeincreaseofthetopographyperiods．Thereisaq

6、ualitativerelationshipbetweenthedragreductionandtheslip，namelythegreaterslip，thebetterdragreductioneffect．Keywords：superhydrophobicsurfaces；microcosmictopography；flowfieldstructure；super-hydrophobic；slip；dragreductionlaw1引言超疏水表面是指液滴表观接触角大于150。且具有较小滚动角的固体表面，表面微观形貌是决

7、定固收稿日期：2013—09—10基金项目：国家自然科学基金(51279165、50835009、51109178)；高等学校博士学科点专项科研基金(20116102120009)；陕西省自然科学基础研究计划(2010JQ1009)作者简介：黄桥高(1983-)，男，西北工业大学博士研究生，E-mail：hunagqiaogao_l@163．corn；潘光(1969一)，男，西北工业大学教授，博士生导师。第1—2期黄桥高等：超疏水表面流场特性及减阻规律的⋯3鲁+鲁+鲁一古等+古吾鲁)+10—，()+古善詈)-0,7十-~+a

8、7w一吉鲁+吾)+la—，(0w--r-w／古軎)式中，一U-,一V、表示湍流速度的时均值，，．-tO—ttPW—l、，-p—Ur—UI、和为雷诺应力张量。湍流状态下选择Reynolds应力方程湍流模型，简称RSM，是ReynoldsStressequationModel的缩写该湍流艨利的