[发明专利]一种流动控制的实现方法

说明书

本发明涉及一种流动控制的实现方法，包括多个自适应形变特性的微型翼形湍流控制器和在通道表面的布置方式，微型翼形湍流控制器采用自适应形变即柔性材料制作，底面固定在通道表面、垂直于通道内流体流动方向、呈阵列式布置若干个，微型翼形湍流控制器间距为湍流拟序结构中的速度条带的统计平均宽度。

技术领域

本发明涉及一种新型流动控制技术及其实现方法，将具有自适应形变特性的微型翼形湍流控制器按照一定的要求布置在通道表面，通过控制湍流流动结构实现流动阻力的减小，可广泛用于热能工程、航空航天工程等领域。

背景技术

现有减阻技术很多,具体来说可以分为：

1、壁面添加其他物质法:如表面高分子涂层、微气泡等减阻方法；

2、边界层控制法：设法延迟或者壁面边界层转捩，使得层流区域更大，方法有弹性壁面法、吸气法等；

3、非光滑表面法：如沟槽法等。

在此基础上，人们已经发展了肋条减阻(沟槽法)、聚合物添加剂法、柔顺壁法、微气泡法、仿生减阻、壁面振动减阻等方法。

已有减阻技术中，存在通过延迟边界层转捩从而进行减阻的技术，是通过使湍流层流化，来减小流动阻力，但是没有直接针对湍流中的边界层内拟序结构进行控制，从而实现流动减阻的情况。

发明内容

为解决上述问题，克服现有技术的不足，结合仿生学原理，本发明设计了一种新型流动控制技术及其实现方法，将具有自适应形变特性的微型翼形湍流控制器按照一定的要求布置在通道表面，可以通过控制湍流边界层内的流动结构实现流动阻力的减小。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种流动控制的实现方法，包括多个自适应形变特性的微型翼形湍流控制器和在通道表面的布置方式，微型翼形湍流控制器采用自适应形变即柔性材料制作，底面固定在通道表面、垂直于通道内流体流动方向、呈阵列式布置若干个，微型翼形湍流控制器间距为湍流拟序结构中的速度条带的统计平均宽度，包含以下步骤：

步骤一：测量通道特征长度L(m)、通道的流向截面A(m²)、通道的通道长度L_0(m)、通道宽度Z₀(m)，平均流速U_m(m/s)根据通道内的质量流量公式Q＝U_mA(m³/s)推算或者通过测量得到，流体的密度ρ(m³/kg)已知，流体的动力粘度μ(kg/(m·s))已知，则流体的运动粘度可计算出，进而确定

步骤二：在ANSYS ICEM中建立通道的抽象物理模型并进行网格划分：利用经验公式L(m)是特征长度，令y⁺＝1，确定通道模型边界上第一层网格的高度Δy(m)，在通道模型边界第一层网格确定的基础上，按照网格划分方法，即可得到数值计算所需的计算网格；

步骤三：在ANSYS Fluent中导入步骤二得到的计算网格，利用大涡数值模拟方法进行计算，通道进出口边界条件采用周期性边界条件、保持恒定质量流量，根据数值模拟结果，得到通道模型表面的剪切应力τ_w(N/m²)，通道模型表面即需要强化传热的对象；

步骤四：利用数值模拟结果中的通道模型表面的剪切应力τ_w(N/m²)，已知流体密度ρ(kg/m³)，计算通道模型表面的摩擦速度

步骤五：无量纲高度由流体的运动粘度ν(m²/s)和摩擦速度u_τ(m/s)计算得到，y(m)是实际高度，ρ(kg/m³)是流体密度；y⁺＝1时表示单位无量纲高度，用来表示单位无量纲高度1，y₁(m)来表示单位无量纲高度对应的实际高度；