水凝胶对曲面边界层转捩影响研究

【作者】 刘建华； 徐良浩； 翟树成； 杜欣明； 颜开；

【机构】 中国船舶科学研究中心； 深海技术科学太湖实验室； 天津大学机械工程学院；

【摘要】 针对水下航行体在高航速下首部声纳自噪声激增的瓶颈问题,基于前期大型低噪声循环水槽转捩特性研究结论:转捩区壁面脉动压力总谱级,比湍流区高9～17dB,比层流区高20dB以上,因此,开展边界层转捩延迟延迟方法研究,对提高水下航行体首部声纳安静航速至关重要。仿生柔性壁延迟转捩而使摩擦阻力显著降低,最早由M.O.,Kramer (1957)提出;另一方面,水凝胶材料水动力属性为亲水,既非完全固体,也非完全液体(通过调节交联度来调节水含量,可高达90%),与海豚等生物皮肤表面水动力属性类似。本文在高速水洞中,开展了水凝胶对曲面边界层转捩影响研究。以缩比SUBOFF标模为实验模型,分别针对铝制刚性表面和水凝胶柔性表面两种模型状态,在高速水洞中,对SUBOFF模型周围二维瞬时速度场和模型总阻力,分别开展了高帧速PIV和阻力天平实验测试,水洞试验段来流速度3～7m/s,基于模型长度的雷诺数Re_L为10~6量级;基于PIV速度场,采用多路经积分法,对SUBOFF模型周围空间脉动压力场进行估算。从SUBOFF曲面边界层平均速度场、脉动速度高阶统计量、壁面脉动压力均方根、模型总阻力系数以及尾部逆压梯度边界层分离特性等方面,对水凝胶柔性表面延迟曲面边界层转捩的效果进行分析。更多还原