仿生鲨鱼皮大面积成型技术及减阻性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:chuan9931
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随着对减阻节能研究的不断深入,仿生鲨鱼皮减阻也成为了减阻研究的热点。鲨鱼皮表面的复杂微结构给大面积制造精度高、成本低的仿生鲨鱼皮带来了巨大的挑战。仿生鲨鱼皮微沟槽结构具有较好的减阻效果,滚压成型技术的出现提高了微沟槽结构大面积成型的效率,本文针对仿生鲨鱼皮微沟槽结构的大面积成型开展研究如下:  首先,对滚压成型的原理和实验过程进行介绍,结合绕丝工艺,利用滚压成型技术在PVC和PET聚合物薄膜上进行滚压实验,压印出仿生鲨鱼皮微沟槽结构。通过更换不同直径的钢丝,可以滚压出尺寸不同的微沟槽结构,实验用了直径为0.5mm和0.2mm的不锈钢钢丝。结果表明:绕丝工艺节省了模具的开发时间,滚压成型技术实现了仿生鲨鱼皮微沟槽结构的连续大面积成型。  其次,对滚压成型的工艺参数进行了研究,研究了滚筒温度、滚筒速度和压缩比对聚合物薄膜成型结果的影响,并结合PVC和PET薄膜的材料特性,对两种材料成型结果的区别进行了分析。结果显示:滚压成型过程是动态渐进的,在适温、低速和高压的工作条件下可以滚压出沟槽效果比较好的聚合物薄膜。  然后,在滚压成型的基础上,对微沟槽表面进行减阻数值模拟。对理想滚压成型条件下不同直径的微沟槽表面和实际滚压成型条件下不同深度的微沟槽表面进行减阻数值模拟,并分析了在外界干扰的条件下微沟槽结构对减阻效果的影响。模拟结果显示:在一定流场条件下,仿生鲨鱼皮微沟槽结构具有减阻效果,微沟槽结构抬升流向涡结构是实现减阻效果的主要原因。  最后,进行水洞减阻实验验证仿生鲨鱼皮微沟槽表面的减阻效果。将仿生鲨鱼皮微沟槽薄膜和光滑薄膜分别贴附在减阻模型表面,测量不同流速条件下减阻模型受到的阻力,并计算出仿生鲨鱼皮微沟槽表面的减阻率。实验结果表明:仿生鲨鱼皮微沟槽表面可以实现减阻的效果。
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