仿生表面微结构减阻优化及机理研究综述
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仿生表面微结构减阻优化及机理研究综述
作者：王政李田李明张继业
来源：《河北科技大学学报》2017年第04期
摘要：介绍了自然界中几种较为典型的非光滑结构表面生物，阐明了合理表面微结构可以改变近壁区湍流结构的规律，针对表面微结构的类型、减阻研究实例、减阻机理和减阻应用等4个方面进行了评述，提出了沟槽扩展类型，并指出减阻机理研究应拓展至复杂形态结构。分析表明：微结构类型对减阻效果有较大影响，减阻优化及其机理研究是仿生表面微结构减阻工作的重点，仿生表面微结构减阻优化可进一步提高节能降耗的效率，在飞行器、高速列车、汽车等工程领域具有广泛的应用前景。
关键词：仿生学；表面微结构；减阻；湍流结构；气动阻力
中图分类号：Q692文献标志码：A
收稿日期：20161206；修回日期：20170323；责任编辑：王海云基金项目：国家自然科学基金（51605397）；牵引动力国家重点实验室自主研究课题资助项目（2016TPL_T02）第一作者简介：王政（1993—），男，河南南阳人，硕士研究生，主要从事列车空气动力学方面的研究。通信作者：李田博士。Email：litian2008@https://www.wendangku.net/doc/8f1576828.html,王政，李田，李明，等.仿生表面微结构减阻优化及机理研究综述[J].河北科技大学学报，2017，38（4）：325334.
WANG Zheng，LI Tian，LI Ming，et al.Review of mechanical research and aerodynamic drag reduction of bionic surface microstructures[J].Journal of Hebei University of Science and Technology，2017，38（4）：325334.Review of mechanical research and aerodynamic drag
reduction of bionic surface microstructures
WANG Zheng1， LI Tian1， LI Ming2， ZHANG Jiye1
（1.State Key Laboratory of Traction Power， Southwest Jiaotong University， Chengdu，Sichuan 610036， China； 2.CRCC Tangshan Company Limited， Tangshan， Hebei 064000，China）
Abstract：Some typical living creatures with a nonsmooth surface in nature are introduced. The law of the fact that an appropriate microstructure surface can transform the turbulent structure of nearwall region is briefly stated. The research status of the type of microstructure surface， the drag reduction of microstructure surface， the mechanism of drag reduction of microstructure surface and its application so far are commented. The extended types of grooves are proposed， and it is suggested that the current research on drag reduction should be extended for structures with complex
减阻表面活性剂的研究进展
第24卷第1期2007年1月精细化工 FI NE C H E M I CAL S Vo.l24,No.1 J an.2007 表面活性剂 减阻表面活性剂的研究进展* 乔振亮,熊党生 (南京理工大学材料科学与工程系,江苏南京 210094) 摘要:介绍了表面活性剂减阻的机理。探讨了影响表面活性剂减阻效果的各种因素,包括:表面活性剂与补偿离子的结构及其浓度、管路系统的直径、流体的温度和速度以及环境中的金属离子。论述了表面活性剂的减阻与传热效率之间的关系;并且讨论了在使用减阻表面活性剂的循环系统中提高传热效率的方法。总结了减阻表面活性剂的一般特点。预测了减阻表面活性剂的发展趋势。引用文献35篇。 关键词:表面活性剂;减阻;传热效率 中图分类号:TQ423.99 文献标识码:A 文章编号:1003-5214(2007)01-0039-05 Progress i n D rag R educi ng Surfactant R esearch Q I A O Zhen li a ng,X I O NG Dang sheng (D e p ar t m ent of M aterial Science and E ngineer i ng,N anjin g Universit y of Science and T echnology,N anjing210094,J iangsu,China) Abstract:The m echanis m of drag reduc i n g surfactant is i n troduced.M any facto rs i n fluenc i n g t h e effectiveness o f drag reducing surfactant are addressed,such as surfactan,t counteri o n,concentra ti o n, dia m eter of c ircu lati n g syste m s,te m perature and velocity o f the fl u i d,and i o ns inside the recircu lation syste m s.The re l a ti o nship bet w een drag reduction and heat transfer ab ility i s discussed,and m ethods of i m prov i n g the effic i e ncy of heat transfer i n the recircu lation syste m s conta i n ing the drag reduci n g surfactan t are a lso described.Co mm on characteristics of drag reduc i n g surfactant are su mm arized. F i n ally,t h e developm ent trend of drag reduc i n g surfactant is i n d icated.35references are c ited. Key w ords:surfactan;t drag reduction;heat transfer ab ility 19世纪80年代的石油危机引起了人们对减阻技术的普遍关注,继而这一技术迅速应用于各个行业。主动减阻是一种向紊流中添加少量添加剂,使流体摩擦力大大降低的方法。流体的紊流被改变或者受到抑制,便产生了减阻的效果。 一些少量的高分子聚合物和阳离子表面活性剂可以加在水中降低紊流阻力,研究发现,紊流流动阻力最高可以降低80%[1]。所以,这一技术在远距离流体输送、城市供热制冷等领域具有良好的应用前景。虽然一些水溶性的高分子也可以用来减阻,但是在有工业泵的系统中,如果用水溶性高分子就存在着机械降解的问题,并且降解后分子结构无法恢复,使减阻能力下降。表面活性剂受大的剪切应力作用也会发生机械降解,但是它可以自行修复[2]。因此,在有机械力的场合,多用表面活性剂来进行减阻。 用来减阻的表面活性剂有阳离子、阴离子、两性离子等。阴离子表面活性剂做减阻剂使用时,易与水中的钙、镁离子形成沉淀而影响减阻效果;阳离子表面活性剂做减阻剂对水质要求不高,有更广泛的使用范围;在加热系统中用两性减阻表面活性剂也是一种增加经济效益的很有前途的方法[3]。在实际使用中最常用的表面活性剂是阳离子型和两性离子型两类。减阻表面活性剂的特殊重要性,使它受到广泛关注,国内许多人都做了相关研究[4~7]。 本文综述了减阻表面活性剂的研究进展。 *收稿日期:2006-06-19;定用日期:2006-09-08 作者简介:乔振亮(1970-),男,河南省巩义市人,博士研究生,师从熊党生教授,主要从事生物材料、仿生减阻材料的研究,电话:025-********,E-m ai:l q i aozhen liang@126.co m。
阻力的产生及减阻措施
阻力的产生及减阻措施 飞机的各个部件，如机翼、机身和尾翼等，单独放在气流中产生的阻力的总和并不等于把它们组合成一架飞机时所产生的阻力，而后者往往大于前者。所谓“干扰阻力”指的就是飞机的阻力和单独各个部件阻力代数和的差值，是由于各个部件组合在一起时，流动相互干扰产生的额外阻力增量。换句话讲，飞机的零升阻力等于机翼的零升阻力、机身的零升阻力、尾翼（含平尾和立尾）的零升阻力和飞机干扰阻力之和。飞机干扰阻力又包括机翼机身之间的干扰阻力、尾翼机身之间的干扰阻力以及机翼尾翼之间的干扰阻力等。 当把机翼和机身组合在一起时，机身的侧面和机翼翼面之间形成一个横截面积先收缩后扩张的通道，低速气流流过扩张通道时，因逆压梯度的作用将使附面层产生严惩的分离，出现额外增加的粘性压差阻力。为了消除这一不利的干扰，一般都采用整流片来仔细修改机翼机身连接部分的外形，“填平补齐”，消除分离。上图的飞机采用了大整流片的目的也在于此。 由于机翼下表面压力大，上表面压力小，因此下表面压力大的气流就会向上表面流动，从而在翼尖处形成了一个旋涡，这个旋涡是由于升力诱导而产生的，因此称为诱导阻力。 飞机的零升阻力是纯粹的付出，不像下面要介绍的飞机的诱导阻力那样，是产生有用升力所必须付出的代价；自然，无论是飞机的零升阻力或是诱导阻力，都应该千方百计地减少它们。要减少低、亚声速飞行时飞机的零升阻力，主要有下列办法。 第一，采用层流翼型替代古典翼型来减小机翼的摩擦阻力。 第二，对飞机的其他部件都应当整流，做成流线外形。 第三，是减小干扰阻力。必须妥善地考虑和安排各个部件的相对位置，在这些部件之间必要时不定期应加装整流片。 超音速飞机在飞行时会产生激波阻力，减小激波阻力的主要措施是采用合适的气动外形。
湍流减阻的意义及工程应用
湍流减阻的意义及工程应用 摘要：伴随着世界性能源危机的逐渐加剧，节能减排已经成为大势所趋，在能源运输的过程之中，摩擦阻力是主要的耗能来源，所以研究湍流减阻意义十分的重大。为此本文将对于湍流减阻的意义及工程应用展开有关的论述。本文首先论述了推流减租的意义，之后详细的论述了其工程上面的应用。含有肋条、柔顺壁、聚合物添加剂、微气泡、仿生减阻、壁面振动等主要湍流减阻技术最近的研究成果和应用现状，并着重强调了各自的减阻机理。 关键词：能源危机湍流减阻减阻机理 引言 伴随着全球能源消耗的不断提升，科学家门已经将越来越多的警力投入到如何有效的利用与保护能源领域上面。车辆、飞机以及船舶、油气长输管道的数量快速的增加，所以设法减少这些运输工具表面的摩擦阻力，成为人们研究发展节约能源的新技术含有的突破点[1]。 1湍流减阻的意义 节约能源消耗是人类一直追求的目标，其主要的途径就是在各种运输工具设计之中，尽可能的减少表面的摩擦阻力。表面摩擦阻力在运输工具总阻力之中占据很大的比例，在这些运输工具表面的发部分区域，流动都是处于湍流的状态，所以研究推流边界层减租意义十分的重大，已经引起广泛的重视，同时已经被NASA列为21实际航空关键技术之一[2]。 有关减租问题的研究可以追溯到上世纪的30年代，不过一直到上世纪的60年代中期，研究工作主要围绕减小表面的粗糙程度，隐含的假设光滑表面的阻力最小。到了70年代，阿拉伯石油禁运由此引发的燃油价格上涨激起了持续至今的推流减租研究与应用潮流，经过多年的发展，尤其是湍流理论的发展，使得湍流减阻理论与应用都是取得了突破性的进展[3]。
2湍流减阻的工程应用 2.1肋条减阻 20世纪70年代，NASA研究中心发现具有顺流向微小肋条的表面可以有效的降低臂面的摩擦阻力，从而突破了表面越光滑阻力越小的传统思维模式，肋条减阻成为湍流减阻技术研究热点[6]。 最近几年，为了最大限度的实现减租，人们对于肋条进行了很多的实验与应用优化设计[7]。德国的Bechert和Brused等使用一种测量阻力可以精确度达到±0.3%的油管对于各种肋条表面的减阻效果进行了研究。其测试了多种形状的肋条，含有三角形、半圆以及三维肋条，实验的结果显示V形肋条减阻效果最好，可以达到10%以上的减阻幅度[8]。大量的研究工作显示肋条表面减阻的可靠性与可应用性，国外的研究已经进入到了工程实用阶段，空中客车将A320试验机表面积约70%贴上肋条薄膜，到达了节油2%左右。NASA兰利中心对于Learjet 型飞机的飞行试验结果减阻大约在6%左右。国内的李育斌在1:12的运七模型上具有湍流流动的区域顺流向粘贴肋条薄膜之后，试验表面可以减小飞机阻力8%左右[9]。 2.2壁面振动减阻 壁面振动减阻是20世纪90年代才出现的一种新的方法，米兰大学的Baron和Quadrio 利用直接的数字模拟技术研究了壁面振动减阻的总能量节约效果，其发现在壁面振动速度振 幅在大于： h QX8/ 3时，不会节约能源，而是在比较小的振幅时候能量才有节约[10]。 这个里面Qx表示流量，h表示湍流明渠流高度的一半。在振幅为 h QX4/的时候，可 以净节约多达10%的能量。因为试验都是在固定无因次周期为T+=100下进行的，所以人们认为如果应用条件适当，还能节省更多的能量[11]。 2.3仿生减阻 海洋生物长期生活在水中，经过漫长的岁月，进化出了效率很高的游动结构，表面摩擦阻力也相当的低。所以通过仿生学的研究，设计出减阻效果更好的结构，也变成了研究的热点。Bechert对于一种模拟鸟类羽毛被动流体分离控制的方法进行了风洞的测试，在迅游环境里面，对层流翼部分的活动襟翼的测试结果表明机翼上的最大升力增加了20%而未发现有负面影响。一架电动滑翔机飞行测试纪录的阻力数据也证明了这一点[12]。
仿生沟槽及超疏水表面减阻设计研究
目录 1. 绪论 1.1 引言 (1) 1.2 仿生减阻机制的研究现状 (2) 1.3 仿生减阻的研究现状 (5) 1.3.1 仿生沟槽减阻研的究现状 (8) 1.3.2 仿生减阻—二维沟槽减阻的研究现状 (9) 1.4 超疏水表面减阻的研究现状 (10) 1.5 超疏水的制备方法 (12) 1.5.1 刻蚀法 (12) 1.5.2 电化学法 (13) 1.5.3 溶胶-凝胶法 (14) 1.5.4 超疏水制备方法的对比 (14) 1.6 仿生减阻在实际中的应用 (15) 1.6.1 气泡减阻 (15) 1.6.2 高分子聚合物减阻 (16) 1.6.3 柔性壁面减阻 (17) 1.7 本文研究内容 (17) 2. 仿生非光滑表面数值模拟计算 2.1 引言 (19) 2.2 模型建立 (19) 2.3 流体边界层划分及性质 (20) 2.4 近壁区的网格划分 (23) 2.5 全局网格的划分 (24) 2.6 湍流模型的选择 (25) 2.7 边界条件的选择和设置 (25)
3. 不同结构减阻的模拟及分析 3.1 引言 (27) 3.2 仿生沟槽对流场状态的影响及分析 (27) 3.3 仿生沟槽对流场速度梯度的影响及分析 (32) 3.4 仿生沟槽对流场压强差的影响及分析 (34) 3.5 不同结构仿生沟槽减阻性能的模拟对比 (38) 3.6 本章结论 (42) 4. 超疏水减阻 4.1 实验步骤 (43) 4.2 电弧喷涂工艺对表面粗糙及疏水性能影响的研究 (43) 4.3 硅氧烷自组装修饰Zn-Al合金涂层的疏水机理分析 (47) 4.4 超疏水对减阻性能的影响研究 (49) 4.4.1 实验装置与测试仪器 (49) 4.4.2 实验测试及结果分析 (51) 4.4.3 本章小结 (53) 结论 参考文献 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果 致谢
全球著名十大仿生设计建筑
英国伯明翰塞尔福瑞吉百货大楼：其外型轮廓犹如女性的身体，外表悬挂了1.5万个铝碟，创造出一种极具现代气息的纹理装饰效果，有如女人服饰上鳞片式的金属圆片，闪烁于阳光之下，使建筑的商 业氛围表现到极致。 美国科罗拉多州丹佛国际机场：是美国面积最大及全世界面积第二大的机场，丹佛国际机场已经有18年的运营历史，是美国最为繁忙的机场之一，有二十二家航空公司提供1200个航班。此机场的特别之处在於屋顶用特殊布料覆盖及采用张力结构的设计，令人联想到受冰雪覆盖的落矶山脉。
荷兰鹿特丹的“城市仙人掌”：是一个坐落在荷兰的住宅工程，它将在19层楼中提供98个居住单元。多亏了这种错落有致的曲线阳台的设计，每个单元的室外空间能够得到足够的阳光。 美国波特兰“连跳商业中心”：位于美国俄勒冈州波特兰市的“连跳商业中心”，由马来西亚建筑师肯·肖杨设计。该中心使用了太阳能发电，并且配备有污水及雨水回收系统，建筑材料使用了可回收的建筑材料。还设计了独特的园林景观，使得商业中心成为城市中心的绿色购物花园。
“树纹塔”摩天大楼：由美国著名的环境设计大师、建筑师威廉·麦克多诺设计。他设计的“树纹塔”使建筑可以像树木一样进行光合作用，在设计中，他充分利用太阳能和自然光，不仅实现视觉上震撼效果，同时使得整个建筑物被环境所包围，成为名副其实的绿色建筑。 巴黎“防烟雾”大厦：建筑所用的原料都是可回收可降解材料。建筑的功能非常完善，有公共场所、会议室、画廊、餐厅和花园，采用太阳能发电和光合作用净化空气，预计将修建在巴黎运河上，将成为教育巴黎市民保护环境普及可持续发展战略的重要基地。
美国辛辛那提的“罗布林大桥坡度”大厦：位于辛辛那提市最著名的罗布林大桥旁，是由纽约世界贸易中心重建总体规划建筑师丹尼尔·李博斯金设计的。最具特色的是顶层的倾斜坡度使用了仿生技术与周边的自然环境相适应，与著名的城市标志罗布林大桥相配合。
仿生表面微结构减阻优化及机理研究综述
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/8f1576828.html, 仿生表面微结构减阻优化及机理研究综述 作者：王政李田李明张继业 来源：《河北科技大学学报》2017年第04期 摘要：介绍了自然界中几种较为典型的非光滑结构表面生物，阐明了合理表面微结构可以改变近壁区湍流结构的规律，针对表面微结构的类型、减阻研究实例、减阻机理和减阻应用等4个方面进行了评述，提出了沟槽扩展类型，并指出减阻机理研究应拓展至复杂形态结构。分析表明：微结构类型对减阻效果有较大影响，减阻优化及其机理研究是仿生表面微结构减阻工作的重点，仿生表面微结构减阻优化可进一步提高节能降耗的效率，在飞行器、高速列车、汽车等工程领域具有广泛的应用前景。 关键词：仿生学；表面微结构；减阻；湍流结构；气动阻力 中图分类号：Q692文献标志码：A 收稿日期：20161206；修回日期：20170323；责任编辑：王海云基金项目：国家自然科学基金（51605397）；牵引动力国家重点实验室自主研究课题资助项目（2016TPL_T02）第一作者简介：王政（1993—），男，河南南阳人，硕士研究生，主要从事列车空气动力学方面的研究。通信作者：李田博士。Email：litian2008@https://www.wendangku.net/doc/8f1576828.html,王政，李田，李明，等.仿生表面微结构减阻优化及机理研究综述[J].河北科技大学学报，2017，38（4）：325334. WANG Zheng，LI Tian，LI Ming，et al.Review of mechanical research and aerodynamic drag reduction of bionic surface microstructures[J].Journal of Hebei University of Science and Technology，2017，38（4）：325334.Review of mechanical research and aerodynamic drag reduction of bionic surface microstructures WANG Zheng1， LI Tian1， LI Ming2， ZHANG Jiye1 （1.State Key Laboratory of Traction Power， Southwest Jiaotong University， Chengdu，Sichuan 610036， China； 2.CRCC Tangshan Company Limited， Tangshan， Hebei 064000，China） Abstract：Some typical living creatures with a nonsmooth surface in nature are introduced. The law of the fact that an appropriate microstructure surface can transform the turbulent structure of nearwall region is briefly stated. The research status of the type of microstructure surface， the drag reduction of microstructure surface， the mechanism of drag reduction of microstructure surface and its application so far are commented. The extended types of grooves are proposed， and it is suggested that the current research on drag reduction should be extended for structures with complex
减水剂的作用机理
减水剂的作用机理 高效减水剂有效地减少了混凝土的的塌落度损失，改善混凝土的工作度，提高流动性，在高性能混凝土中发挥重要的作用，只是至今为止仍旧没有一个完美的理论来解释高效减水剂的作用机理，但有几个理论为大家普遍认同。 静电斥力理论 水泥水化后，由于离子间的德华力作用以及水泥水化矿物、水泥主要矿物在水化过程中带不同电荷而产生凝聚，导致了混凝土产生絮凝结构。高效减水剂大多属阴离子型表面活性剂，掺入到混凝土中后，减水剂中的负离子-SO—、-COO—就会在水泥粒子的正电荷Ca2+矿的作用下而吸附于水泥粒子上，形成扩散双电层(Zel。a电位)的离子分布，在表面形成 扩散双电层的离子分布，使水泥粒子在静电斥力作用下分散，把水泥水化过程中形成的空间网架结构中的束缚水释放出来，使混凝土流动化。Zeta电位的绝对值越大，减水效果就越好。随着水泥的进一步水化，电性被中和，静电斥力随之降低，德华力的作用变成主导，对于萘系、三聚氰胺系高效减水剂的混凝土，水泥浆又开始凝聚，塌落度经时损失比较大，所以掺入这两类减水剂的混凝土所形成的分散是不稳定的。而对于氨基磺酸、多羧酸系高效减水剂，由于其与水泥的吸附模型不同，粒子间吸附层的作用力不同于前两类，其发挥分散作用的主导因素不是Zeta电位，而是一种稳定的分散。 立体位阻效应
掺有高效减水剂的水泥浆中，高效减水剂的有机分子长链实际上在水泥微粒表面是呈现各种吸附状态的。不同的吸附态是因为高效减水剂分子链结构的不同所致，它直接影响到掺有该类减水剂混凝土的坍落度的经时变化。有研究表明萘系和三聚氰胺系减水剂的吸附状态是棒状链，因而是平直的吸附，静电排斥作用较弱。其结果是Z eta电位降低很快，静电衡容易随着水泥水化进程的发展受到破坏，使德华引力占主导，坍落度经时变化大。而氨基磺酸类高效减水剂分子在水泥微粒表面呈环状、引线状和齿轮状吸附，它使水泥颗粒之问的静电斥力呈现立体的交错纵横式，立体的静电斥力的Zeta电位经时变化小，宏观表现为分散性更好，坍落度经时变化小。而多羧酸系接枝共聚物高效减水剂大分子在水泥颗粒表面的吸附状态多呈齿形。这种减水剂不但具有对水泥微粒极好的分散性而且能保持坍落度经时变化很小。原因有三：其一是由于接枝共聚物有大量羧基存在．具有一定的螫合能力，加之链的立体静电斥力构成对粒子问凝聚作用的阻碍；其二是因为在强碱性介质例如水泥浆体中，接枝共聚链逐渐断裂开，释放出羧酸分子，使上述第一个效应不断得以重视；其三是接枝共聚物Zeta电位绝对值比萘系和三聚氰胺系减水剂的低，因此要达到相同的分散状态时，所需要的电荷总量也不如萘系和三聚氰胺系减水剂那样多。对于有侧链的聚羧酸减水剂和氨基磺酸盐系高效减水剂，通过这种立体排斥力，能保持分散系统的稳定性。 润滑作用
减阻措施
旋风除尘器的几种减阻措施 前言： 旋风除尘器是一种利用含尘气体旋转所产生的离心力将粉尘从气流中分离出来的干式气分离装置。因其具有结构简单、造价低、内部没有活动件、维修方便以及耐高温、高压等特点, 广泛应用于化工、采矿、冶金、机械、轻工、环保等领域。衡量旋风除尘器工作性能的重要指标是压力损失和除尘效率。目前, 已研制出许多低阻旋风除尘器。 1、旋风除尘器的结构及工作原理 当含尘气流由进气管进入旋风除尘器时, 气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下, 朝锥体流动。通常称此为外旋气流。含尘气体在旋转过程中产生离心力, 将重度大于气体的尘粒甩向器壁。尘粒一旦与器壁接触, 便失去 惯性力而靠入口速度的动量和向下的重力沿壁面下落, 进入排灰管。旋转下降的外旋气流在到达锥体时, 因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。根据旋转矩不变原理, 其切向速度不断提高。当气流到达锥体下端某一位置时, 即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部, 由下反转而上, 继续作螺旋形流动, 即内旋气流。最后净化气经排气管排出旋风除尘器外。一部分未被捕集的尘粒也由此逃失。 3、影响旋风除尘器压力损失的因素 ( 1) 在旋风除尘器中, 由于内旋气流进入排气管时仍处于旋转状态, 因而具有较高的能量。弗斯特在一次实验中发现, 离开除尘器出口至少相当于连接管直径27倍的地方还存在着旋转。所以, 采取各种措施消旋减阻, 回收排气管中的能量是很有意义的。 ( 2) 通过旋风除尘器内部气流流动研究认为: 旋风除尘器气流速度分布在径向上, 呈不对称或出现偏心, 尤其在锥体下部靠近排尘口附近, 有明显的“偏心”; 排气管下口附近, 径向气流速度较大, 有“短路”现象。气流偏心或短路不利于粉尘分离。 ( 3) 旋风除尘器内气流运动非常复杂, 有旋流场及若干干扰涡流场, 这些涡流场在不同程度上影响除尘效率和阻力损失, 尤其是短路流构成上部气流回转, 使一部分流体在旋风筒中转一周后斜向吹到刚从入口进来的气体上, 导致入口进气偏向筒壁而产生所谓的压缩现象。压缩现象使壁面处流速增大, 壁面摩擦力增大, 同时使气流在旋风筒上部的回转圈数增多, 必然导致压力损失增大。因此, 可以通过抑制压缩现象来降低压力损失。 (4) 旋风除尘器旋涡流场的能量损失主要由外旋涡流能量损失和内旋涡流能量损失组成。其中外旋涡流对颗粒的捕集起决定性作用, 属于有效能量;而内旋涡流对捕集分离不起作用, 属于消耗性能量。内涡旋造成的能量损失, 除了内涡旋轴上气流速度梯度不同造成的内摩擦损失以及排气口连接管段内气流旋转造成的摩擦损失外, 主要是由于内涡旋造成的向外的径向速度与外涡旋造成的向内的径向速度相互干扰, 造成了内、外涡旋场的掺混、碰撞和摩擦损失。 4、旋风除尘器的减阻措施 4. 1 排气管减阻装置现有的排气管减阻装置可分为2 类: ( 1) 改变排气管形状回收能量。如采用锥形排气管, 但该方法效果不显著。 ( 2) 不改变排气管形状, 而在排气管内部或后部附加减阻装置回收能量。此类有以下几种方法: ①在排气管内装整流叶片, 其中以D-3 型效果最好,可使阻力减少22.8% , 而除尘效率仅降低0.5%～0.8% ; ②在排气管出口装设渐开线蜗壳, 此法可使阻力降低5%～10%, 且对除尘效率影响较小; ③在排气管出口加设圆锥形扩散器( 当净化气体直接排入大气时) , 若取合适的扩散角, 可获得10%～33%的压力回收; ④在排气管弯头后水 平安装双锥圆筒减阻器, 若双锥圆筒采用优化尺寸, 可使阻力减少7%～25%, 而除尘效率仅下降0.3%。
顶管施工质量的技术保证措施
穿墙止水 为避免地下水和泥土大量涌进工作井，在穿墙管内事先填埋经夯实的黄粘土，打开穿墙管闷扳，应立即将工具管顶进。此时穿墙管内的黄粘土受挤压，堵住穿墙管与工具管的环缝，起临时止水作用。当工具管尾部接近穿墙管而泥浆环尚未进洞时，停止顶进，绕盘根，表轧兰，再借助管道顶进的顶力，带动轧兰将盘根压入穿墙管环缝。盘根压得不宜过紧，以不漏浆为宜留下一定的压缩量，以便盘根磨损后再次压紧止水。 顶进阶段的测量和纠偏 （1）测量与放线：根据建设单位提供的控制点施测污水管线的中心线和高程桩。根据中线控制桩用全站仪将顶管中线桩分别测设在顶管工作坑的前后，使前后两桩互相通视，并与管线在同一条线上。顶管工作坑内的水准点由坑上一次引测，经过校核，误差不得大于±5mm。每座顶管坑内设2个水准点。 ⑵顶管测量与纠偏： 在顶第一节管时，以及在校正偏差过程中，测量间距不应超过30cm，以保证管道入土的位置正确；管道进入土层后的正常顶进，测量间隔不宜超过300cm。 中心测量：拟采用垂球拉线的方法进行测量，要求两垂球的间距尽可能的拉大，用水平尺测量头一节管前端的中心偏差，并且每顶进12m用全站仪检测一次。
高程测量：用水准仪及特制高程尺，根据工作坑内设置的水准点，测头一节管前端与后端的管内底高程，以掌握头一节管的走向，测量后应与工作坑内另一个水准点闭合。 每工作班要求做好顶管记录和交接班记录，全段顶完后，应在每个管节接口处测量其中心位置与高程，有错口时应测出其错口的高差。 顶管误差校正逐步进行。形成误差后不可立即将已顶好的管子校正到位，应缓慢进行，使管子逐渐复位，切忌猛纠硬调，以防产生相反的结果。纠偏过程中应加强测量密度，每10～20cm测量一次，根据实际情况采取有针对性的纠偏方式。 常用的纠偏方法有以下三种： ①超挖纠偏法：偏差为1～2cm时，可采取此法。即在管子偏向的反侧适当超挖，而在偏向侧不超挖甚至留坎，形成阻力，使管子在顶进中向阻力小的超挖侧偏向，逐步回到设计位置。 ②顶木纠偏：偏差大于2cm时，在超挖纠偏不起作用时采用。用圆木或方木的一端顶在管子偏向的另一侧内壁上，另一端斜撑在钢板或木板的管前土壤上，支顶牢固后，在顶进过程中配合超挖纠偏法，边顶边支。利用顶进时的斜支撑分力产生的阻力，使顶管向阻力小的一侧校正。 ③千斤顶纠偏法：方法基本同顶木纠偏法，只是在顶木上用小千斤顶强行将管慢慢移位纠正。
高聚物减阻机理的研究综述
浙江工程学院学报,第18卷,第1期,2001年3月 Journal of Zhejiang Institute of Science and Technology Vol .18,No .1,Mar 2001 文章编号:1009 4741(2001)01 0015 05 收稿日期:2000-09-06 *教育部博士点基金资助项目 高聚物减阻机理的研究综述 * 邵雪明,林建忠 (浙江大学力学系,浙江杭州310027) 摘要:对有关高聚物减阻机理的代表性研究及进展进行了简要的综述,并对 应力各向异性说 这种较新的观点进行了介绍。 关键词:高分子聚合物;减阻;机理 中图分类号:O357 5 文献标识码:A 1 概 述 高聚物减阻的研究始于1948年,Toms 在第一届国际流变学会议上,发表了关于高聚物减阻机理研究的第一篇论文[1]指出,在氯苯中溶入少量的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),可大幅度降低液体运动的阻力,因此高聚物减阻又称为Toms 效应。50年代和60年代初期,减阻研究多局限于流变学。在60年代中期以后开始引起流体力学工作者的注意,并开始了广泛的研究工作。 人们重视高聚物减阻的研究,首先是因为这一技术具有很大经济价值,并有两个显著的特点:一是投入量少;二是减阻效果非常显著。所以在国防、工业、交通和消防等领域具有广泛的应用前景,特别是长距离管道输送流体,应用这一技术将大大提高运输量,或节省输送能源的消耗。其次,由于高聚物减阻与湍流密切相关,减阻机理的研究,能促进湍流理论的发展。这正是流体力学工作者瞩目之所在。 迄今为止,虽然有了不少有关高聚物减阻的论著,但现有的理论还没有一种可以圆满解释减阻的系列特征,有待于进行深入的研究,并努力扩大在相关工程中的应用。本文分两个时期对高聚物减阻机理研究的代表性观点和成果进行阐述。 2 分类综述 1990年以前,尤其是60年代之后的10年间,在公开刊物发表的有关高聚物减阻的论文每年约有100篇,密度非常大。所进行的研究可大致被分为三类。 第一类研究的着眼点为高聚物分子,主要研究高聚物分子在剪切、拉伸等流动中的运动特性,由此来推测高聚物的加入对湍流的影响。 1969年Lumley [2]发表了一篇高聚物分子在湍流中运动特性的综述性论文,列举了高聚物分子的主要参数包括分子质量、柔性、分子链长度、构形等的影响,并提出了一个在当时普遍得到认同的观点。他认为高聚物分子在湍流边界层中受到拉伸,会使该处的流体粘度增加,这可能是高聚物引起减阻的主要原因。 White [3](1985年)指出,高聚物分子在静止溶液中各链节随机卷曲,统计图像呈椭球形。溶液运动时分子因剪切而发生变形,与静止状态差别很大。所以如果能观测到分子在剪切流中的构形及动力特征,
高效减水剂的作用及原理
高效减水剂的作用及原理 时间:2009-07-20 00:04来源:砼建外加剂网作者:砼建公司点击:151次 高效减水剂是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。与普通减水剂相比，减水及增强作用都较强。 高效减水剂的作用可以有效地减少了混凝土的的塌落度损失，改善混凝土的工作度，提高流动性，在高性能混凝土中发挥重要的作用，只是至今为止仍旧没有一个完美的理论来解释高效减水剂的作用机理，但有几个理论为大家普遍认同。 1)静电斥力理论 水泥水化后，由于离子间的范德华力作用以及水泥水化矿物、水泥主要矿物在水化过程中带不同电荷而产生凝聚，导致了混凝土产生絮凝结构。高效减水剂大多属阴离子型表面活性剂，掺入到混凝土中后，减水剂中的负离子-SO—、-COO—就会在水泥粒子的正电荷Ca2+矿的作用下而吸附于水泥粒子上，形成扩散双电层(Zel。a电位)的离子分布，在表面形成 扩散双电层的离子分布，使水泥粒子在静电斥力作用下分散，把水泥水化过程中形成的空间网架结构中的束缚水释放出来，使混凝土流动化。Zeta电位的绝对值越大，减水效果就越好。随着水泥的进一步水化，电性被中和，静电斥力随之降低，范德华力的作用变成主导，对于萘系、三聚氰胺系高效减水剂的混凝土，水泥浆又开始凝聚，塌落度经时损失比较大，所以掺入这两类减水剂的混凝土所形成的分散是不稳定的。而对于氨基磺酸、多羧酸系高效减水剂，由于其与水泥的吸附模型不同，粒子间吸附层的作用力不用于前两类，其发挥分散作用的主导因素不是Zeta电位，而是一种稳定的分散。 2)立体位阻效应 掺有高效减水剂的水泥浆中，高效减水剂的有机分子长链实际上在水泥微粒表面是呈现各种吸附状态的。不同的吸附态是因为高效减水剂分子链结构的不同所致，它直接影响到掺有该类减水剂混凝土的坍落度的经时变化。有研究表明萘系和三聚氰胺系减水剂的吸附状态是棒状链，因而是平直的吸附，静电排斥作用较弱。其结果是Zeta电位降低很快，静电衡容易随着水泥水化进程的发展受到破坏，使范德华引力占主导，坍落度经时变化大。而氨基磺酸类高效减水剂分子在水泥微粒表面呈环状、引线状和齿轮状吸附，它使水泥颗粒之问的静电斥力呈现立体的交错纵横式，立体的静电斥力的Zeta电位经时变化小，宏观表现为分散性更好，坍落度经时变化小。而多羧酸系接枝共聚物高效减水剂大分子在水泥颗粒表面的吸附状态多呈齿形。这种减水剂不但具有对水泥微粒极好的分散性而且能保持坍落度经时变化很小。原因有三：其一是由于接枝共聚物有大量羧基存在．具有一定的螫合能力，加之链的立体静电斥力构成对粒子问凝聚作用的阻碍；其二是因为在强碱性介质例如水泥浆体中，接枝共聚链逐渐断裂开，释放出羧酸分子，使上述第一个效应不断得以重视；其三是接枝共聚物Zeta电位绝对值比萘系和三聚氰胺系减水剂的低，因此要达到相同的分散状态时，所需要的电荷总量也不如萘系和三聚氰胺系减水剂那样多。对于有侧链的聚羧酸减水剂和氨基磺酸盐系高效减水剂，通过这种立体排斥力，能保持分散系统的稳定性。 3)润滑作用 高效减水剂的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面，多以氢键形式与水分子缔合，再加上水分子之问的氢键缔合，构成了水泥微粒表面的一层稳定的水膜，阻止水泥颗粒问的直接接触，增加了水泥颗粒间的滑动能力，起到润滑作用，从而进一步提高浆体的流动性。水泥浆巾的微小气泡，同样对减水剂分的定向吸附极性基团所包裹，使气泡与气泡及气泡 与水泥颗粒问也因同电性相斥而类似在水泥微粒间加入许多微珠，亦起到润滑作用，提高流动性。 2 与水泥的适应性问题
!鲨鱼盾鳞肋条结构的减阻仿生研究进展
鲨鱼盾鳞肋条结构的减阻仿生研究进展3 刘 博1,2,姜 鹏1,李旭朝3,桂泰江3,田 黎2,秦 松1 (1 中国科学院海洋研究所,青岛266071;2 青岛科技大学化工学院,青岛266042;3 海洋化工研究院,青岛266071) 3973前期研究专项(2005CCA00800) 刘博:男,1983年生,硕士研究生 E 2mail :liu21cnbo @https://www.wendangku.net/doc/8f1576828.html, 秦松:通讯作者,男,1968年生,研究员,博士 E 2mail :sqin @https://www.wendangku.net/doc/8f1576828.html, 摘要 鲨鱼体表覆有一层细小的盾鳞(Placoid scale ),盾鳞上的脊状突起称为肋条(Riblet ),肋条之间构成具圆 弧底的沟槽。这种沟槽形态的鲨鱼盾鳞肋条结构(Riblet surfaces )具有良好的减阻作用。从盾鳞的结构、形态和功能出发,详细介绍了鲨鱼盾鳞肋条结构减阻相关的流体动力学机理及其仿生材料模型的设计与测试方法,概括了目前肋条结构仿生材料的减阻应用情况,并展望了其未来的发展方向。 关键词 仿生材料 鲨鱼皮 盾鳞 肋条结构 沟槽 减阻 Drag 2R eduction Bionic R esearch on Riblet Surfaces of Shark Skin L IU Bo 1,2,J IAN G Peng 1,L I Xuzhao 3,GU I Taijiang 3,TIAN Li 2,Q IN Song 1 (1 Institute of Oceanology ,Chinese Academy of Sciences ,Qingdao 266071;2 College of Chemical Engineering ,Qingdao University of Science and Technology ,Qingdao 266042;3 Marine Research Institute of Chemical Industry ,Qingdao 266071) Abstract Fast 2swimming sharks have small placoid scales on their skin ,of which the riblet surfaces (grooved surfaces )can improve swimming performance of these relatively giant fishes.Shark skin 2imitated products have already met needs in several areas.Investigation into the drag 2reduction mechanism of riblet surfaces makes placoid scale a per 2fect object to biomaterial research.In this review placoid scale ′s structure ,shapes and the drag 2reduction f unction of its riblet surfaces are introduced.The development of related hydrokinetic mechanism ,model design ,model test and bionic applications are presented in detail.The f uture development in bionic application of riblet surfaces is also discussed. K ey w ords bionic material ,shark skin ,placoid scale ,riblet surface ,groove ,drag reduction 0 前言 1936年英国生物学家James Gray 计算发现,当海豚以平均20节泳速游动时,其理论作功能耗是实际摄食能量的7倍,这就是著名的格雷悖论(Gray ′s paradox )[1]。问题的提出引发了 对海洋大型快速游泳动物减阻仿生学的研究。其后,由于鲨鱼 盾鳞肋条结构(也称为沟槽结构)为刚性结构并具规律排列特性,便于模仿,逐渐成为减阻仿生学中的主要研究对象。 人类的技术系统在解决运输工具速度方面过于依靠能量的使用,海洋中的快速鲨鱼(Fast 2swimming shark )却在漫长的进化中获得了优异的减阻能力。深入研究表明,快速鲨鱼体表覆盖着一层独特的盾鳞,通过优化鲨鱼体表边界层的流体结构,能有效减小水阻,从而降低能量依赖度,获得极高的速度。Walsh 等的流体动力学试验表明:在高速流体流动状况下,盾鳞肋条结构表面的减阻效果高达8%[2,3]。 近年来,肋条结构的减阻仿生学研究获得了更多关注与发展,在航空[4]、泳衣及管道[5]等应用领域已逐步迈向应用。本文从鲨鱼盾鳞的组织结构、形态和功能出发,对鲨鱼盾鳞肋条结构减阻相关的流体动力学机理、仿生材料模型的设计和测试,以及减阻应用进行了系统的介绍,并对其未来的研究方向进行了展望。 1 盾鳞的组织结构、形态和功能 1.1 盾鳞的组织结构 盾鳞是包括鲨鱼在内的一些软骨鱼类所特有的鳞片,也是 现生鱼类中最原始的一种鱼鳞(图1(a ))。盾鳞与牙齿在进化上同源,具相似的组织结构[2,6],其最外层为珐琅质,中间层是象牙质,中央是髓腔(图1(b ))。盾鳞的这种刚性组织结构有利于对其进行结构仿生研究。 图1 盾鳞的一般形态与组织结构 Fig.1 G eneral shape and structure of the placoid scale 1.2 盾鳞形态与功能的多样性 鲨鱼盾鳞的径向长度通常在1mm 以内,其形态因鲨鱼种 ?41?材料导报 2008年7月第22卷第7期
圆柱绕流全向裹覆减阻减振措施
第11卷第4期中国水运V ol.11 N o.4 2011年4月Chi na W at er Trans port A pri l 2011 收稿日期：3作者简介：韩韶英（5），女，青岛市人，中国海洋大学工程学院，硕士生。 圆柱绕流全向裹覆减阻减振措施 韩韶英 （中国海洋大学工程学院，山东青岛266100） 摘 要：圆柱绕流全向裹覆减阻减振措施主要包括开孔管套、丝网、轴向棒条和轴向板条，由此演变出的相应装置 在工程实践中有所应用，但目前尚未完全了解其作用机理。本文总结评述各种全向裹覆减阻减振措施和研究成果，可为相关研究工作和工程实践提供参考。 关键词：全向裹覆；减阻；减振；开孔管套；丝网；轴向棒条；轴向板条中图分类号：TU 431文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）04-0146-05 一、引言 研究圆柱绕流的物理特性，寻求有效的涡激振动控制方法，减小结构所受的振动和阻力具有重要的意义。20世纪60年代，一些学者提出了“卷吸层”（E nt rain men t Layer ）和“汇流点”（Con flu en ce Poin t ）的概念[1，2]，用以解释涡脱落机理和相关的现象，提出了一些影响卷吸层的裹覆类减阻减振方法，本文就其中的全向性方法（开孔管套、丝网、轴向棒条、轴向板条）的研究成果进行回顾和评述，以便为今后的研究工作和工程实践提供参考。 二、减阻减振被动控制措施1．旋涡形成脱落机理Gerra rd [3] 阐述了旋涡形成脱落机理。他认为，上面的 旋涡在它所在一侧剪切层的涡量供应下，涡量强度不断增长，拖曳对面的剪切层穿过尾迹，这些被拖曳的剪切层携带着具有反方向涡量的流体，切断了上面旋涡的涡量供应，最终导致了旋涡的脱落。接下来，下面的旋涡成长充分之后，将会拖曳上面的剪切层携带着具有反方向涡量的流体穿过尾迹，从而造成下面旋涡脱落到下游。这个过程不断重复造成旋涡交替脱落，在圆柱下游形成了涡街。涡的形成和脱落有两个重要因素：（1）剪切层必须卷起，形成具有充分强度的旋涡；（2）剪切层之间的相互作用。因此，破坏这两个因素中的任意一个因素，都有可能达到抑制涡激振动的目的。另外，除剪切层提供的有旋流体之外，其中的卷吸层对于无旋流体的挟带输送效应对于旋涡的成长也是必需的[4]。而汇流点（图1标示圆柱体两侧的卷吸层相遇和相互作用的区域）从尾流轴线的一侧移动到另一侧与涡脱落有关[4] 。上述原理如图1所示。 2．减阻减振被动控制方法 为有效降低绕流阻力及振动所造成的破坏，避免涡激振动的产生，各国学者进行了大量研究[5，6]。人们提出很多减阻减振及涡激振动抑制方法，主要分为主动控制和被动控制两种，主动控制方法目前尚处于理论研究阶段[3]。被动控制直接改变结构表面形状或者附加额外的装置以改变绕流场，从而控制旋涡的形成和发展过程，抑制涡脱落。与主动控制相比，被动控制装置设计简单、易于制作、安装，维护成本 较低，因此得到了广泛应用。 a 、 b 表示流体的挟带输送， c 为分离剪切层卷起形成的逆流。 图1原理示意图 图2全向裹覆减租减振方法示意图 Zd ravk ovich [2]将被动控制方法分为三类：（1）表面突起，影响分离线或分离剪切层，如螺纹、线条、翼片、螺栓和半球面等；（2）裹覆，影响卷吸层，如穿孔、丝网、控制杆和轴向板条等；（3）近尾流稳定器，阻止卷吸层的相互作用，如飘带、整流罩、分隔板、导向翼、底排和狭缝等。前两类方法中大部分具有全向性，如螺纹、线条和裹覆等，它们对于各种来流方向都有效；第一类中的部分和所有第三类方法是单向性的，仅对单一来流方向有效，如翼片、部分裹覆和近尾流稳定器等。为了解决方向敏感性问题，人们将某些单向性装置安装在可自由转动的推力套环上，使其能够按 2011-0-12 198-