在添加剂湍流减阻研究方向上,团队开展了利用粘弹性流体和微沟槽的协同作用获得水下航行体减阻的应用基础研究工作,博士研究生翟新锋同学的近期研究成果发表在流体动力学领域顶级期刊《Physics of Fluids》上:
Xin-Feng Zhai, Li-Qi Guo, Xiao-Bin Li, Hong-Na Zhang, Feng-Chen Li, Synergistic drag-reducing mechanism of microgrooves and viscoelastic fluids for underwater vehicles, Physics of Fluids 37 (2025) 073114.
本文的内容提要如下:
利用高效减阻技术提高水下航行器的能量利用率将会改善其应用效果。受仿生学启发,本文将微沟槽和粘弹性减阻剂(DRA)相结合,实现水下航行器湍流减阻。利用大涡模拟方法分析了表面结构和粘弹性减阻剂的减阻效果和减阻机理。对耦合减阻策略的协同机理进行了深入探讨,重点研究了涡结构、速度分布和粘弹性减阻剂扩散的演化。结果表明,微沟槽在高航行速度下具有更显著的减阻效果,在5.0m/s的航行速度下,最大摩擦减阻率超过15%。此外,粘弹性减阻剂在W = 0.8 m/s下表现出50.30%的最大摩擦减阻率,在W = 3.0 m/s下仅表现出10.94%的最大摩擦减阻率。此外,耦合减阻方法显著增强了上述性能, 在W = 0.8 m/s和W = 3.0 m/s时分别实现了52.80%和21.54%的减阻效果。微沟槽可以通过优化流场结构和改善粘弹性减阻剂在壁面附近的扩散效果来增强减阻效果,这两种减阻方法在减阻机理和潜在应用价值方面是互补的。