微结构超疏水表面减阻特性数值研究

计算物理 ›› 2013, Vol. 30 ›› Issue (1): 70-74.

微结构超疏水表面减阻特性数值研究

宋保维, 郭云鹤, 胡海豹, 宋东

西北工业大学航海学院, 西安 710072

收稿日期:2012-04-27 修回日期:2012-08-04 出版日期:2013-01-25 发布日期:2013-01-25
通讯作者: 郭云鹤,E-mail:gyguoyunhe@sina.cn
作者简介:宋保维(1963-),男,博士,教授,主要从事水下航行器研究,E-mail:songbaowei@nwpu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金重点项目(50835009);青年项目(51109178);陕西省自然科学基础研究计划项目(2010JQ1009)资助

Drag Reduction on Micro-structured Superhydrophobic Surfaces

SONG Baowei, GUO Yunhe, HU Haibao, SONG Dong

College of Marine, Northwestern Polytechnic University, Xi'an 710072, China

Received:2012-04-27 Revised:2012-08-04 Online:2013-01-25 Published:2013-01-25

摘要/Abstract

摘要： 通过湍流状态下超疏水表面的数值模拟,研究超疏水表面湍流流动的速度和剪应力分布,分析其与减阻的内在关系,初步总结出微观结构与减阻率之间的基本规律.数值模拟采用非定常雷诺平均模型,气液两相流则采用VOF模型.结果表明:超疏水表面存在滑移流动和周期分布的剪应力,其不仅可以实现减阻也有可能导致增阻;微结构尺寸对减阻率有显著影响,为了尽可能增大减阻率,矩形微结构的深宽比应大于3:2,且凹槽间距应尽可能小,凹槽宽度应小于200微米.

关键词: 湍流, 超疏水, 减阻, 微结构

Abstract: Numerical simulation on superhydrophobic surface of turbulent flow is shown. Velocity or shear stress of turbulent flow are provided and basic law between microscopic structure and drag reduction rate is analyzed. In simulation, we use an unsteady Reynolds averaged simulation model and VOF model for gas-liquid two phase flow. It shows that slip flow and cyclical shear stress exist on superhydrophobic surface. It can reduce resistance and increased resistance as well. Microstructure size has significant effect on drag reduction rate. In order to increase drag reduction rate, the aspect ratio of rectangular mierostructure should be greater than 3:2 and the groove spacing should be small, while the groove width should be less than 200 micron.

Key words: turbulent flow, superhydrophobic, drag reduction, micro-structured

中图分类号:

O357

宋保维, 郭云鹤, 胡海豹, 宋东. 微结构超疏水表面减阻特性数值研究[J]. 计算物理, 2013, 30(1): 70-74.

SONG Baowei, GUO Yunhe, HU Haibao, SONG Dong. Drag Reduction on Micro-structured Superhydrophobic Surfaces[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2013, 30(1): 70-74.

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