[发明专利]一种超疏水减阻肋条结构

说明书

本发明公开了一种超疏水减阻肋条结构，其创新之处在于克服了传统肋条减阻效率不高的缺点，通过将传统肋条尖峰附近的局部增阻区表面加工成带微小翅片的超疏水表面，可在传统肋条减阻的基础上增加超疏水减阻的效果，最终增强肋条的整体减阻效果，该发明可减少流体机械工作时的表面摩擦阻力，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种减阻肋条，尤其涉及一种超疏水减阻肋条结构，通过将其应用于各类流体机械表面，进而改变边界层的流动，达到减少摩擦阻力的目的，本发明的超疏水减阻肋条结构可广泛应用于航空、航天、航海、管道内流以及地面交通等多种技术领域。

背景技术

降低流体机械表面的摩擦阻力，一直是流体力学领域研究的热点。为此，科研人员尝试了大量的减阻方法，如肋条减阻、聚合物添加剂减阻、壁面振动减阻等，其中，肋条减阻技术以其结构简单、实用性强等优点获得了大量的关注。现有的减阻肋条包括多种结构形式，如三角形肋条、梯形肋条、刃形肋条、刃形肋条、半圆形肋条等，其中三角形肋条、梯形肋条是最常研究的传统肋条(如图1所示，其中s为相邻肋条间距，h为肋条高度，α为肋条尖峰角度)。现有技术中认为具有减阻效应的肋条必须具有锐利的峰脊且间距与低速条带间距存在某种关系，即当h⁺≤25和s⁺≤30(υ是运动粘度，u_τ是摩擦速度，τ_w是壁面剪切应力，ρ为流体介质密度，上标“+”表示以壁面单位无量纲化的参数)时具有减阻特性。

传统肋条减阻效果不明显是制约肋条减阻技术进一步发展的主要因素。对刃形肋条、三角形肋条和梯形肋条的减阻效果进行实验研究发现，刃形肋条具有最高的减阻效率，可减阻9.9％，梯形肋条减阻效率次之，可达8.2％，三角形肋条减阻效果只有5.1％。如果应用到实际工程中，由于环境的影响，肋条的减阻效果会进一步下降。因而现有技术中还出现了将三角形肋条和刃形肋条相互结合的新型减阻肋条，如中国专利CN201410061037.5(刘志丰等)，其通过在三角截面肋尖处增加一段刀刃肋条(如图2所示)，将肋条结构顺流向布置在流体机械表面，大大增强了减阻效果。但是上述专利并没有考虑到肋条表面不同位置的局部摩擦阻力分布和流场分布并不均匀这一问题，而追求将整个肋条表面制作成疏水表面，导致该肋条结构并不能达到最大的综合减阻效果。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，考虑到肋条表面不同位置的局部摩擦阻力分布和流场分布并不均匀，将整个肋条表面全部制作成疏水表面并不能达到最大的综合减阻效果这一技术问题，本发明旨在提供一种超疏水减阻肋条结构，通过对肋条表面的局部增阻区和局部减阻区进行不同的结构安排，将局部增阻区加工成带翅片的超疏水表面，局部减阻区保留原表面形状，从而进一步增强肋条的整体减阻效果。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种超疏水减阻肋条结构，包括流体壁面基础以及顺流向布置在所述流体壁面基础上的多个主肋，所述主肋的无量纲高度h⁺≤25，相邻两主肋之间的无量纲间距s⁺≤30，其中，h为主肋高度，s为相邻两主肋之间的间距，υ是流体介质的运动粘度，u_τ是流体介质的摩擦速度，τ_w是壁面剪切应力，ρ为流体介质的密度，

其特征在于，

所述主肋沿高度方向划分为局部增阻区和局部减阻区，所述局部增阻区位于所述局部减阻区的上方，所述局部增阻区靠近所述主肋的肋条尖峰，所述局部减阻区靠近所述主肋的肋条底部，且所述局部增阻区的高度为L₁，所述局部减阻区的高度为L₂，其中，L₁+L₂＝h，且L₁/h＜0.5，