超疏水表面微结构的流固耦合数值模拟

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guodianwangxg
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
超疏水表面由于它自身优异的超疏水性能,在国防、工业生产和日常生活等诸多领域有着巨大的应用前景,近些年引起了越来越多的关注。随着国内外研究的深入人们已知超疏水表面可以极大地减少表面阻力,但是对于表面微结构在流体作用下的具体的研究还十分缺乏,同时考虑到微结构下流动的差异性问题,基于此,本文将结合表面弹性微结构开展针对超疏水表面流动状态的研究。论文首先根据Cassie模型以及仿生学原理构建了两种超疏水表面微观结构模型,使用VOSET计算方法以及双向流固耦合计算理论对表面微结构的流固耦合过程进行仿真计算。记录了在单相流以及多相流状态下不同不同入口速度以及表面张力系数条件下的实验数据。对比分析试验数据,总结了在不同流动状态下、不同结构下以及不同流动条件下的超疏水表面结构的流动状态以及结构位移规律。得出结论为:高韦伯数流动条件下会降低多相流相界面流体紊乱流动的状况,并且改善流场的流线分布,使流线变得平滑且更具有连续性,同时气体更容易逸散逃离超疏水结构间的气腔。结构体的位移变量与韦伯数大小不存在相关性,影响结构体位移的两个因素为:流体速度和表面张力系数的大小。L形结构气腔间经过的流线更少,大部分流线聚集流经L形结构气穴顶部,比简单立柱结构的流线分布更平滑,更容易阻碍气体的逸散,在高韦伯数条件下阻碍作用愈发显著。在相同条件下L形结构第一根立柱位移量以及整体结构平均位移量均大于简单立柱结构。论文针对超疏水表面结构进行的仿真计算有助于后续学者更深入地研究超疏水表面微结构的流动问题,对超疏水结构在工程领域中的实践应用具有一定的参考价值。
其他文献
消声覆盖层和吸声尖劈作为典型的水下吸声结构,广泛运用在各类水下结构中,通常含有空腔的覆盖层和尖劈难以在宽频段达到高吸声效果,而优化工作常常被计算效率制约,这使构型设计难以展开。深海中,压力作用会使结构变形从而影响吸声效果,仅仅作常压下的分析不足以判断结构的吸声性能,增加结构变形后的吸声研究是十分必要的。本文基于二维轴对称有限元方法,开展水下吸声结构构型优化设计,并探究了压力作用对吸声性能的影响规律
学位
运输业以及水运交通的发展迅速,越来越多的跨河、跨江桥梁建成,桥梁防撞领域也愈发受到重视。在被动防撞领域,浮式防撞设施因其易于建造安装、易于维修以及可适应水位大变化等优点得到广泛应用。在浮式防撞设施设计中,复合材料常被用做夹层填充辅助吸能材料,本文选用复合材料为主要材料,采用聚氯乙烯(PVC)泡沫为防撞主体和研究对象,基于ANSYS/LS-DYNA显式有限元分析软件,通过静压加载、船舶冲击以及模拟工
学位
采用有限元方法计算船舶舱段结构稳定性时受到多种因素的影响,目前尚未有相应的计算指南和标准规范,因此,开展舱段结构稳定性计算的影响要素分析与设计研究具有重要的工程价值和学术价值。本文首先研究了典型影响要素对甲板线弹性稳定性和舱段结构极限承载直接计算的影响规律,提出了直接计算原则建议,然后开展了甲板板架结构稳定性匹配性设计研究。主要内容包括以下方面:(1)开展了甲板结构线弹性稳定性直接计算影响要素研究
学位
潜艇作为国防利器,担负着守卫国土,保护我国海洋权益的重要责任,其作战性能的高低受到声隐身性能的影响。潜艇的轴系、主机等都安装在其艉部,艉部的振动会对其声学性能产生较大影响。本文以圆锥壳作为艉部的简化模型,对其声辐射性能进行预报,研究其声辐射特性,对其进行声学灵敏度分析,优化其声学性能,具体的工作内容如下:圆锥壳结构参数改变时,其振动特性和声辐射特性都会发生改变,介绍并使用使用有限元耦合无限元(FE
学位
船舶稳性是船舶设计的重要内容之一,它表征了船舶抵抗外力引起的船体倾斜和恢复平衡位置的性能。当船舶遭遇失火事故时,消防人员需要向船体内持续注入大量消防水,在一定程度上会影响船舶的稳性,因此船舶消防作业时计算出船舶剩余稳性的工作具有极其重要的意义。本文研究了船舶消防作业对消防水的需求和进入船体内的消防水对船舶稳性的影响,建立了考虑消防水影响的船舶稳性时域模型,提出了船舶消防作业过程中初稳性和大倾角稳性
学位
食管癌是我国高发肿瘤之一,预后较差,随着医疗水平的发展,食管癌五年生存率有所提升,但给社会带来的经济负担依然较重。经济毒性在国外广泛研究,但在国内处于起步阶段。本文旨从食管癌经济毒性的发生、流行程度、影响因素、应对方式、干预措施方面进行综述,总结并提出减轻食管癌患者经济毒性的对策,为未来经济毒性相关政策的制定提供参考。
期刊
随着经济不断的增长,跨海大桥的数量不断增加,船舶的吨位和数量也在不断提升,导致船-桥碰撞事故造成的影响更加巨大。针对大吨位船舶撞击或桥墩自身较弱情况,采用附着式防撞设施的形式无法通过吸能满足防撞要求。目前跨海大桥的防撞设施多采用在桥梁周围设置防撞墩的形式,现有防撞墩的设计方法主要考虑桥梁或桩基设计规范,主要用于桥梁静力弹性设计方法中,其中船撞力的计算把被撞结构假设为刚性,没有考虑被撞结构自身的变形
学位
船舶在航行、作业过程中往往会经历各种恶劣的海况,在海浪的作用下船舶会发生不同程度的横摇运动,轻则影响船上人员的正常生活工作,严重时甚至会导致发生船舶倾覆等严重后果。通过人工神经网络来学习波浪环境与船舶横摇运动之间的响应关系,构建船舶横摇预报模型,对保障船舶的安全行驶作业具有重要意义。本文基于长短期记忆网络(LSTM),构建起以波高信息为输入的横摇运动实时预报模型。在数据生成方面,利用线性叠加法生成
学位
流固耦合现象广泛存在于我们生产、生活中,通过有限元法-浸没边界法-格子玻尔兹曼法研究了倒置柔性板置于粘性流中的流固耦合问题,主要研究了质量比、展弦比、弯曲刚度系数、板间距、雷诺数对柔性板系统运动产生的影响,同时也着重分析了柔性板的能量、涡结构和压力分布的变化。通过数值研究,发现了柔性板的五种基本运动模态,即摆动模态、等幅振荡模态、偏斜模态、无规则振荡模态、平直模态,整个系统的模态即为上述五种基本模
学位
对临床视角下的癌症经济毒性现状、经济毒性的危害、经济毒性的测量及分级标准、经济毒性的应对策略进行综述,以期为我国医护人员更好地认识癌症经济毒性、开展癌症病人经济毒性相关研究提供参考。
期刊