流体力学中的减阻小结

各种减阻方法的小结
流体力学中的阻力主要包括粘性阻力和压差阻力。

其中，粘性阻力必须要考虑流体的粘性，它与速度的梯度是线性关系；压差阻力是由运动着的物体前后压强差所形成的，它与物体的迎风面积、形状和在气流中的位置都有很大的关系。

此次讨论中，我们主要就鲨鱼皮减阻、鱼雷减阻和汽车减阻所采用的方法进行学习，结合理论具体分析，加深了对高等流体力学的认识。

首先是鲨鱼皮泳衣，它的核心技术在于模仿鲨鱼的皮肤。

生物学家发现，鲨鱼皮肤表面粗糙的V形皱褶可以大大减少水流的摩擦力，使身体周围的水流更高效地流过，鲨鱼得以快速游动。

这使得迎水面不易形成驻点，压强不至于过大，减小了压差阻力。

此外，这款泳衣还充分融合了仿生学原理：在接缝处模仿人类的肌腱，为运动员向后划水时提供动力，材料“LZRPulse”通过将贴近体表的水排开，保证水和肌肤的最少接触，也正是减小了运动员与水的接触面积，使得边界层不易形成，才大大的削弱了粘性阻力的作用。

当然，其针织技术同样超前，利用超声波粘合，周身找不到一处接缝，平整光滑的泳衣，使得水更容易的流过，从而减少了压差阻力。

泳衣的灰色部分是高弹力的特殊材质，包裹在几个主要的大肌群上，强有力地压缩运动员的躯干与身体其他部位，降低肌肉与皮肤震动，帮助运动员节省能量、提高成绩。

鱼雷减阻，类容也很丰富，采用很多新颖的方法，达到减阻的目的。

对于鱼类来说，摩擦阻力是构成阻力的主要部分，所以降低摩擦阻力是降低阻力的主要方向。

摩擦阻力主要与表面面积及边界层内的流动状态有关。

层流边界层的摩擦阻力远小于湍流边界层的摩擦阻力。

所以设计良好的外形，保持层流状态都可降低摩擦阻力。

目前人们也正在研究用人工方法降阻，如雷体形状的改变，形成聚合物层流层，边界层加温，边界层抽吸等。

1．外形的优化设计
鱼雷的外形对鱼雷运动阻力影响很大，但鱼雷的直径是不能任意改变的，应在保证足够装药量的条件下，选择阻力最小的头部外形。

2．聚合物层流层
将聚合物喷射在壳体表面以降低阻力是一种有价值的设想，这种方法简单，对环境条件不敏感，降阻效果稳定。

实际应用时的主要困难在于需要连续供给的聚合物数量较大，以致携带和供给均感困难。

3．边界层吸入
在物面上进行轻度的吸入，以形成一个指向物面的法向速度可以提高层流边界层的稳定性，但过度吸入会使边界层变簿，以致局部区域的摩擦力反而有所增加。

吸入的具体结构有多孔表面的连续吸入和在物面上设置窄槽的不连续吸入。

前者容易堵塞，后者虽不易堵塞但却会在入口处形成干扰。

4．柔性壁面
从海脉皮的研究中人们发现柔性壁面有稳定边界层的作用。

目前人们已作了许多研究与实验。

5．壁面加温
我们知道，水的粘性随温度的升高而降低。

因而，如能将鱼雷壳体表面加热，则与完体相邻的一层海水温度也会升高，这必然产生降阻的作用。

但是当前的问题是如
何使得到的降阻效益大于加热所消耗的热能。

6．微气泡降阻
国内外许多学者研究表明，在紧贴物体壁面边界层下面引入大量的微气泡可以显著降低物体摩擦阻力，据报导降阻效果可达30％。

如何形成微气泡是当前主要研究的问题。

汽车减阻采用的方法有：导流罩外形设计、内部声激励减阻、尾部加装气体喷射装置以及汽车外形设计。

对于厢式货车，加装导流罩对减小气动阻力的效果是非常明显的，从小组做的二维模拟分析中就可以看出。

导流罩的作用是引导空气从汽车表面平滑流过，不至于在车头部产生大的空气压力，从而达到减少压差阻力的效果。

当然，导流罩的作用不仅取决于其本身，还与其安装的位置、与货箱形式等因素有关；
内部声激励可以对高速运行的汽车起到有效的减阻效果,而且还能抑制气动噪声。

通常，人们为了能得到良好的汽车空气动力性能,常把车身设计成流线型。

流线型汽车固然具有很好的气动特性,但它是以减小有效空间降低汽车承载能力作为代价的。

所以，研究人员对非流线型的汽车,在不改变外形情况下进行减少空气阻力、抑制气动噪声的研究。

其中，就有应用内部声激励技术对某厢式客车车身模型进行了有关测试，并得出了一些有用的结果。

尾部加装气体喷射装置是一个很新颖的方法，通过在汽车尾部加装气体喷射装置来破坏汽车的尾涡,从而达到减阻的目的。

汽车在高速行驶时，如果其外形没有经过流线型设计，尤其是厢式货车，尾部会产生大面积的分离，这里压强就会很低，产生压差阻力，当在尾部添加合适的喷射装置后，这部分压差就会消除，从而起到减少压差阻力的作用。

汽车外形设计从没有间断过，从上个世纪20年代到现在，汽车的阻力系数由0.8一直降到0.137，甚至更低，这都与其流线型的外形密不可分，从而使得汽车在粘性阻力和压差阻力方面都大大的减少。

在力求高效节能的今天，人们越来越注重对减阻方面的研究和探索，不可否认我们已经取得了很大的进步，不过我相信随着大家对流体力学更进一步的认识和完善，减阻将会有更大的突破。