仿生微结构表面流动分离控制研究

【作者】 杜增智； 刘永泽； 陈国庆； 李宏源； 吕鹏宇； 段慧玲；

【机构】 北京大学工学院；

【摘要】 自然界中的许多生物体都具有复杂的微结构表面。这些微结构表面在水下可以形成特殊的流固界面,调控边界层流场,进而实现对宏观流场的控制,实现减阻、除污、抑制流动分离等目的。鲨鱼皮表面是一种典型的复杂微结构表面,其具有多级盾鳞结构。鳞片在不同流动状态下可从"平铺"状态变形至"翘起"状态,从而自适应流场,达到优异的流动控制效果。然而,仿生微结构表面对流动分离的控制机理仍然有待进一步研究。在这项工作中,首先设计了具有不同翘起角度的刚性仿鲨鱼皮鳞片表面,在重力式循环水槽中开展了粒子图像测速实验,研究了仿鲨鱼皮结构对平板表面流动分离的控制规律,并揭示了翘起仿鲨鱼皮鳞片表面对流动分离的控制机理。然后,进一步结合数值模拟方法,深入揭示了微结构尺寸对流动分离的影响规律,提出了流动分离条件下仿生微结构尺寸的设计准则。最后,设计了一种可控变形的仿生微结构表面,并对微结构的动态变形影响流动分离的规律进行了探讨,对于变形仿生微结构表面流动分离优化控制具有重要意义。更多还原