仿生自洁减阻技术在流体管道中的应用与研究
最新流体减阻
一 流体阻力概述
1.1流体阻力 流体阻力是指在流体力学中，流体流过模型所遇到的阻力。
流体阻力的产生归根于流体能量的发散（或称“耗散”）。 能量发散主要通过边界粘性阻力损失、流体微团撞击损பைடு நூலகம் 和流线弯曲的发展形成漩涡等方式产生阻力。
2.2研究现状
五十年代末，Stanford大学利用流场测试的技术 发现在粘性底层的近避区存在着湍流猝发的现象。 该发现引导人们开始采用从改变湍流边界层近壁 去湍流猝发结构的角度来降低流体阻力。
4.2 不同非光滑结构对减阻效果的影响
光面（1），V形（2）， 凹坑（3），凸包（4）， 矩形（5）
4.2.1摩擦阻力系数减阻效果对比
水介质
4.2.2不同沟槽边界层速度对比（m/s)
非光滑结构的速度梯 度分布明显小于光面 结构，说明非光滑结 构边界层内剪切力小 于平板，剪切力使大 尺度涡变小，小尺度 涡消失，从而抑制了 流向涡对在展向集结 低速流体的能力，使 得低俗带缓慢上升， 一方面意味湍流猝发 场所减小，另一方面 流动不稳定性减弱。
突出高度：沟槽尖顶到沟槽 表面对应的等价光滑表面的 距离。
将带有沟槽结构的表面转化 为平板表面，通过复变函数 方法得到沟槽结构表面近壁 区的速度分布，从而确定突 出高度值。表观起点以下沟 槽内的流动绝大部分为粘性 所阻滞，相当于增加边界层 厚度，减小速度梯度。
“突出高度之差”理论
四 非光滑结构减阻效果对比及机理探索
0.436875
沟槽形状对减阻有 明显的影响
4.2.5 V形沟槽内速度对比(m/s)
沟槽湍流边界层内速 速分布在垂直流向的 方向有很大的变化， 其壁面速度梯度在沟 槽尖峰顶部达到最大 ，沟槽底部最小，V槽 中部壁面速度梯度和 沟槽底部均小于光面 结构速度梯度，主要 是受到二次涡的影响， 说明脊状内部剪切力 比光面小，具有减阻 效果。
基于Fuller级配理论的膏体管道输送减阻技术研究
基于Fuller级配理论的膏体管道输送减阻技术研究刘晓辉;苏先锋;黄明清;谭伟【摘要】针对膏体充填的物料配比问题,通过分析膏体内部结构的物质组成,提出物料密实度越大膏体流动性越好；采用Fuller理论对某铜矿充填物料的级配特性进行分析,考察了级配指数n随物料配比的变化规律；开展膏体塌落度、流变特性实验,采用白金汉公式对膏体管流阻力进行理论计算。
结果表明：该铜矿膏体中全尾砂∶水淬渣=3∶2时,物料密实度较大,最利于其管道输送；质量分数72%,管径150 mm,流量60 m3/h的工况条件下,水淬渣掺量40%时的管流阻力为2．46MPa/km,与全尾砂膏体管流阻力3．65 MPa/km相比,减阻率达32．6%,说明级配优化后膏体管流阻力明显降低。
%Aimed at the question of material ratio of cement paste backfilling (CPB),through analyzing the material composition of the internal structure in CPB,it was proposed that the larger aggregate packing degree is,the better paste flow;The Fuller theory was used to analyze the filling material gradation characteristics of a certain copper mine,and explore the rule of grading index n changing with material ratio. The slump test and rheological experiments of CPB were carried out, and Buckingham formula was adopted to calculate the pipe flow resistance. The results showed that the aggregate packing degree is larger and is most favorable for pipeline transport,when the material ratio with unclassified tailings of water quenching slag as 3of 2. The pipe flow resistance was 2. 46 MPa/km under the conditions of mass fraction 72%,pipe diameter of 150 mm,flow rate of 60m3/h and water quenching slag content 40%. By contrast with the pipe flow resistance of unclassifiedtailings 3. 65 MPa/km,its drag reduction efficiency reached 32. 6% in pipeline transport. That illustrated that the paste pipe flow resistance is reduced obviously after gradation optimization.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】5页(P40-44)【关键词】膏体充填;物料级配;密实度;Fuller曲线;管流阻力【作者】刘晓辉;苏先锋;黄明清;谭伟【作者单位】北京金诚信矿山技术研究院有限公司，北京101500;北京金诚信矿山技术研究院有限公司，北京101500;北京金诚信矿山技术研究院有限公司，北京101500;北京金诚信矿山技术研究院有限公司，北京101500【正文语种】中文【中图分类】TD853.34近年来，膏体充填技术以其尾砂利用率大、地压控制效果好以及综合运营成本低等方面的显著优势，在矿山应用比重逐渐加大。
仿生学的概念
仿生学的概念仿生学是一门研究生物系统和生物学原理，以及如何应用这些原理设计和创造新技术的跨学科领域。
它结合了生物学、物理学、化学、工程学和计算机科学等多学科的知识，旨在通过模仿生物系统的结构、功能和策略，开发出具有相似性能的新材料、新技术和新产品。
仿生学的发展起源于对生物系统的观察和研究。
人们发现自然界中存在许多生物体具有优秀的适应性能力，能够在各种环境中生存和繁衍。
例如，许多昆虫拥有轻巧而坚固的翅膀，使得它们能够高速飞行同时保持平衡。
有些动物具有优秀的运动能力，如鲨鱼的流线型身体和腹鳍使其在水中游动非常迅速。
还有些昆虫对于光的反射波动非常敏感，这使得它们能够在光线微弱的条件下仍然保持对外界环境的感知能力。
仿生学的研究目标之一是揭示生物系统的结构和功能，并探索这些原理如何应用于人造系统的设计中。
例如，参考昆虫的翅膀结构，科学家可以设计出拥有更好稳定性和轻巧性能的飞机翼。
通过研究鲨鱼的皮肤纹理和流线型身体，人们可以开发出减阻、降噪的船舶表面涂层。
仿生学的另一个目标是从生物系统中获得新材料的灵感。
例如，格栅状结构的蜂巢可以启发人们设计更轻、更坚固的建筑结构。
莲花叶片表面具有超疏水性，这启发了科学家们开发出防水、自洁的材料。
仿生学的研究方法主要包括以下几个方面。
首先，观察和研究现有的生物系统。
通过对生物体的解剖和功能的深入研究，科学家可以了解到生物系统的工作原理和性能特点。
其次，将自然界中的生物系统和现有的技术进行对比和分析。
通过对比，科学家可以发现生物系统中存在的一些独特特征和优势，从而为新技术的开发提供灵感。
第三，仿生学研究还经常采用数学模型和计算机模拟来解释和预测生物系统的行为。
模型和模拟可以帮助科学家更好地理解生物系统的复杂性以及它们的内在原理。
仿生学的应用范围非常广泛。
它在材料科学、工程设计、机器人技术、医学、环境保护等领域都有重要应用。
在材料科学中，仿生学的原理被应用于设计新材料，通过模仿生物体特殊的结构和性能，开发出具有更好性能的材料，例如自愈合塑料和超弹性金属。
流体工程仿真计算实例与应用
流体工程仿真计算实例与应用流体工程仿真计算是指利用计算机模拟和计算各种流体工程问题的数值计算方法。
它可以通过数值解析的方法，对流体的运动、传热、化学反应等进行模拟和计算，帮助工程师快速理解问题，优化设计方案，提高产品性能，降低开发成本，提高工程质量。
下面我将为大家列举一些流体工程仿真计算的实例与应用。
1. 管道流动管道是工程中常见的流体工程组件，如输送、加热、冷却、混合等。
通过流体工程仿真计算，可以模拟和计算管道中流体的流动情况，分析流体的速度、压力、温度等参数分布情况。
根据计算结果，可以优化管道设计，提高流体传输效率，确保流体在管道中的稳定流动和传热效果。
2. 风洞试验模拟风洞试验是一种通过模拟大气环境中的风场，研究物体受气动力和风压影响的实验方法。
通过流体工程仿真计算，可以模拟不同风速、不同气动力条件下的风场情况，分析物体受风力影响的性能和行为。
这对于航空、汽车等领域的气动设计非常重要，可以减少实验成本，提高设计效率。
3. 污染物扩散污染物扩散是环境工程领域重要的研究内容之一。
通过流体工程仿真计算，可以模拟和计算污染物在大气中的扩散传输过程，分析污染物的浓度分布和传播范围。
这对于环境污染监测、工厂排放控制等具有重要意义，可以预测和评估污染物对周围环境的影响，制定有效的治理措施。
4. 喷流和湍流喷流和湍流是流体力学中的两个重要研究对象。
通过流体工程仿真计算，可以模拟和计算喷流和湍流的流动特性，了解流场的流速、压力、温度等参数分布情况。
这对于航空发动机、燃烧室等领域的设计和优化非常关键，可以提高燃烧效率，降低能源消耗。
5. 波浪与海洋工程波浪和海洋工程是研究海洋环境中波浪产生和传播的工程学科。
通过流体工程仿真计算，可以模拟和计算波浪的生成、传播、碰撞等过程，分析波浪的高度、能量和速度分布等参数。
这对于海岸防护、海上工程、海洋能源等领域的研究和设计非常重要，可以提供科学依据和参考数据。
总结起来，流体工程仿真计算在很多领域中都有重要应用，可以帮助工程师提高设计效率，降低开发成本，提高产品性能。
仿生学在机械密封技术中的应用和展望
节 以及 机 械设计 等领 域 得 到 广 泛 地 应用 ， 多新 许 的结构 、 能 和特性 都是 从仿 生学 中获 得灵 感 的。 功
陆地 、 海洋还是 天 空 中的生 物 ， 其表 面 的不 同形 态
第 ３ ８卷
第 ６期
化
工
机
械
６ｌ ５
仿 生 学在 机械 密 封 技 术 中的应 用 和 展 望
马 方 波 宋鹏 云 高 杰
（ 明理 工 大 学 ） 昆
摘 要 综 述 了仿 生 学 和 生 物 非 光 滑 表 面 理 论 在 工 程 上 的 应 用 和 研 究 进 展 ， 确 提 出 可将 仿 生 非 光 滑 明
异 的非光 滑表 面 。 生 物 非 光 滑 表 面 普 遍 存 在 于 自然 界 中 ， 论 是 无
都 具 有奇 异 的特 性 与 功能 ， 因此 生 存 在 复 杂多 变 的 自然 环境 中。仿 生学 ” ２ 自 ０世纪 ６ ０年代 建 立
以来 ， 人们 从生 物进 化 的机理 中受 到很 多启 发 ， 提 出 了许 多 用于 解决 复杂 优化 问题 的新 方法 。仿 生
表 面理 论 和 方 法应 用 于机 械 密封 的设 计 、 究 和 应 用 中 ， 研 并进 行 了可 行性 分析 。 关 键 词 机 械 密封
中图 分 类 号
仿 生 学 非 光 滑表 面
文献标识码 Ａ 文章 编 号 ０ ５ — ９ （ ０ １ ０ —６ １０ ２ ４ ６ ４ ２ １ ） ６０ ５ —４ ０
仿 生非 光滑 表 面适用 于具 有 相对运 动 的接触
构 的 不 锈 钢 ０ ｒ８ ｉ 的力 学 性 能 和微 观 结 构 。 Ｃ ｌ Ｎ９
仿生减阻微结构制造技术综述
精 密 成 形 工 程第11卷 第3期88 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2019年5月收稿日期：2019-04-12基金项目：国家自然科学基金面上项目（51875128）作者简介：王春举（1978—），男，博士，特聘教授，主要研究方向为微结构智能制造。
仿生减阻微结构制造技术综述王春举1,2a ，程利冬1，薛韶曦2a ，陈鹏宇2a ，刘宝胜3，丁辉2b ，孙健2c ，徐振海2a ，汪鑫伟2d（1. 苏州大学 机电工程学院，苏州 215131；2. 哈尔滨工业大学 a. 金属精密热加工国家级重点实验室；b. 机电工程学院；c. 航天学院 复合材料与结构研究所；d. 大科学工程专项建设指挥部暨空间基础科学研究中心，哈尔滨 150001；3. 中国航空制造技术研究院 金属成形技术研究室，北京 100024） 摘要：表面微沟槽等结构能够限制航空器壁面低速区小涡流生成和猝发的相关雷诺应力，从而降低摩擦阻力，而且该方法简单易行、不需额外增加重量，成为航空器减阻的主要途径之一。
概述了表面微结构减阻性能尺度效应的研究进展，表明微结构无量纲尺寸在15左右时减阻性能最佳，减阻率为8%左右；着重综述了简单形状微结构、仿生微结构以及大面积微结构等减阻微结构去除、压印以及滚压等制造技术的研究现状，简析了目前仿生减阻微结构制造技术存在的不足；在此基础上，对仿生减阻微结构制造技术的未来发展和应用进行了展望。
关键词：航空器减阻；仿生微结构；减阻性能；尺度效应；微结构制造DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2019.03.009中图分类号：TG306 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2019)03-0088-11Manufacturing Technologies of Bionic Micro-structures for Drag Reduction: A ReviewWANG Chun-ju 1,2a , CHENG Li-dong 1, XUE Shao-xi 2a , CHEN Peng-yu 2a , LIU Bao-sheng 3,DING Hui 2b , SUN Jian 2c , XU Zhen-hai 2a , WANG Xin-wei 2d(1. School of Mechanical and Electric Engineering, Soochow University, Suzhou 215131, China;2. a. National Key Laboratory for Precision Hot Processing of Metals; b. School of Mechatronics Engineering; c. Center for Composite Materials, School of Astronautics; d. Laboratory for Space Environment and Physical Sciences,Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China;3. Laboratory for Metal Forming Techniques, AVIC Manufacturing Technology Institute, Beijing 100024, China) ABSTRACT: Surface riblets of aircraft can inhibit the occurrence of turbulent flow and related Reynolds stress, and then decrease skin friction. This method is simple and easily realized, and also does not need extra weight, which becomes a main way for drag reduction of aircraft. In this paper, investigations on size effects of drag reduction were reviewed, and it indi-cated that the drag reduction property was the best when the dimension of the nondimension was 15, which can obtain drag reduction of about 8%. Then, the authors reviewed the progress of manufacturing technologies, such as removing machining, coining and rolling processes for simple shape micro-structures, bionic microstructures and large area microstructures. Shortages of existing manufacturing technologies were analyzed for bionic microstructures. On the basis, the future devel-opment and application of bionic microstructure drag reduction technologies were prospected.KEY WORDS: drag reduction of aircraft; bionic microstructures; properties of drag reduction; size effects; manufacturing of microstructures第11卷第3期王春举等：仿生减阻微结构制造技术综述89随着民航飞机、运输机以及无人机等航空器的规模越来越大，对飞行效能等要求越来越高，另一方面，随着能源短缺、环保等问题的日益突出，航空器减阻研究受到国内外学者和工业界人士的广泛关注。
《仿生超疏水纳米材料-聚氨酯涂层的研究》范文
《仿生超疏水纳米材料-聚氨酯涂层的研究》篇一仿生超疏水纳米材料-聚氨酯涂层的研究一、引言仿生超疏水材料作为一种新兴的表面功能材料，以其独特的自清洁、抗污染和抗生物黏附等性能引起了众多科学家的关注。
该领域的发展迅速，并在涂料、机械部件和建筑材料等领域得到了广泛应用。
而其中，以聚氨酯（PU）为基材的超疏水涂层因具有优异的机械性能和良好的环境适应性，受到了广泛的关注。
本文将对仿生超疏水纳米材料/聚氨酯（PU）涂层的研究进行探讨。
二、背景及意义仿生超疏水材料主要基于自然界中某些生物的疏水性表面特性进行模拟和改进。
如荷叶上的微纳米结构能使其表面具有超疏水性，即使沾上灰尘也难以粘附在表面。
通过仿生超疏水材料的制备技术，我们能够制备出具有类似功能的材料，如自清洁、抗污染等。
在众多基材中，聚氨酯因其良好的机械性能和可塑性，成为一种理想的选择。
在汽车、船舶等机械设备表面，利用PU 涂层形成的超疏水性能够有效降低流体摩擦和磨损，减少机械的维护成本。
在建筑领域，此类材料能够有效降低表面的灰尘粘附和保持其美观度。
三、实验内容与方法本文采用了仿生制备法来制备超疏水纳米材料/聚氨酯（PU）涂层。
具体实验步骤如下：1. 纳米材料的制备：采用物理或化学方法合成纳米颗粒，并通过特殊的处理方法形成微纳米结构。
2. 聚氨酯涂层的制备：首先制备PU基底，然后将其与纳米材料混合，形成混合溶液或混合物。
3. 涂层的制备：将混合溶液或混合物均匀地涂在基底上，然后进行干燥和固化处理。
4. 性能测试：对涂层的润湿性、附着力、硬度等性能进行测试，以及其对外部环境因素的耐受性进行评估。
四、实验结果与讨论1. 实验结果：（1）涂层具有优异的超疏水性，接触角大于150°，滚动角小于10°；（2）涂层具有较高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性；（3）涂层对外部环境因素如温度、湿度等具有较强的耐受性。
2. 结果讨论：（1）纳米材料的引入显著提高了涂层的超疏水性能，其微纳米结构能够有效阻止液滴在表面的浸润和黏附；（2）涂层具有较高的机械性能和耐久性，使得其在实际应用中具有良好的稳定性和长期性；（3）聚氨酯作为基材具有很好的塑形能力，使其能适用于不同的表面形态和基材。
《微尺度下非线性流动特征及降低流动阻力的研究》范文
《微尺度下非线性流动特征及降低流动阻力的研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，微尺度下的流体流动现象研究逐渐成为众多科研领域的热点。
在微尺度环境下，流体的非线性流动特征显著，其流动规律与常规尺度下的流体流动存在较大差异。
同时，如何降低微尺度下的流动阻力，提高流体传输效率，也是当前研究的重点。
本文旨在探讨微尺度下非线性流动特征及其影响因素，并就如何降低流动阻力提出相应的解决方案。
二、微尺度下非线性流动特征1. 微尺度效应在微尺度环境下，流体的物理性质发生显著变化，如表面张力、粘性力等。
这些力的作用在微尺度下更加突出，导致流体的流动表现出明显的非线性特征。
微尺度效应使得流体在微通道内的流动速度分布、压力分布等发生显著变化。
2. 非线性流动特征在微尺度下，流体的非线性流动特征主要表现为速度场的不均匀性、压力降的增大以及湍流的出现等。
由于微通道的尺寸较小，流体在通道内的流动受到壁面的影响较大，导致速度场分布不均匀。
此外，由于微通道的狭窄性，流体在流动过程中容易产生湍流，进一步加剧了流动的非线性特征。
三、影响非线性流动特征的因素1. 微通道尺寸微通道的尺寸对流体的非线性流动特征具有重要影响。
当微通道的尺寸较小时，流体在通道内的流动受到壁面的影响较大，容易导致速度场的不均匀性和湍流的出现。
而当微通道尺寸较大时，流体在通道内的流动更加稳定，非线性特征相对较弱。
2. 流体性质流体的物理性质也是影响非线性流动特征的重要因素。
如表面张力、粘性力等力的作用在微尺度下更加突出，使得流体的流动表现出明显的非线性特征。
此外，流体的密度、粘度等性质也会对非线性流动特征产生影响。
四、降低微尺度下流动阻力的方法1. 优化微通道设计通过优化微通道的设计，如减小弯曲、扩大入口和出口等措施，可以降低流体在微通道内的阻力。
此外，采用多孔介质技术，使流体在多个小孔内分散流动，也可以降低整体阻力。
2. 改善流体性质通过改善流体的物理性质，如降低粘度、增加表面张力等措施，可以降低流体在微尺度环境下的阻力。