The invention relates to a design method of surface modification technology, in particular to an optimal design method of surface microstructural dimension parameters with drag reduction effect. The method consists of the following steps: (1) establishing a model: establishing a fluid model on the surface of microstructures by using Icem, Cad and Caxa software, and mapping the size parameters of microstructures to the fluid model; (2) meshing: In the Icem module, open step (1) the fluid model on the surface of the micro-structure is established and meshed to get mesh file; (3) solving operation: in the Fluent module open step (2) the mesh file is obtained, the calculation model is selected and the boundary conditions are applied, and the case file is solved by calculation; (4) exporting data: post-processing operation of the case file is carried out, and the key points are output. The velocity and pressure at the location reflect the data of drag reduction effect; (5) Optimizing parameters: Analyzing the data obtained in step (4) Comparing multiple groups of data to obtain the law of drag reduction on the surface of microstructures.
【技术实现步骤摘要】
一种具有减阻效果的表面微结构尺寸参数的优化设计方法
本专利技术涉及一种表面改性技术设计方法,尤其涉及一种具有减阻效果的表面微结构尺寸参数的优化设计方法。
技术介绍
自然界中,滚动水滴的荷叶,凝集露珠的蝉翼,穿梭如飞的鲨鱼,这些现象像我们展示了一种奇特的表面浸润现象。这种独特浸润性的表面与水的接触角大于150°,滚动角小于10°,被称为超疏水表面。大量研究表明,超疏水表面具有良好的减阻效果,可以运用于海上运输、医疗器械、管道运输等行业。例如,在船舶、潜艇上运用超疏水技术,可以有效提高航行器的行驶速度,降低能源的使用;在机械心脏瓣膜和人工心血管支架上制备超疏水表面,可以避免凝血现象的产生,减少抗凝药物的使用,既避免了药物对人体的损害又减少了生产药物对自然的污染;在输油管道内构建超疏水微结构,可以提高石油的运输效率,减小泵站的功率和运输过程中能量的损耗,节省能源。因此使用超疏水技术能有效地降低能源的消耗,减少对环境的污染,非常贴合绿色生产的理念。目前,超疏水减阻表面的优化设计一般是通过先实验制备样品再测试减阻性能然后修改参数继续实验制备的方式。这种优化设计方法周期长、成本高、且不能保证寻找到最优参数区间,不适合产品的研发设计。采用Fluent数值模拟的方式去模拟微结构表面的流场分布情况,可以清晰明了的观察表面的减阻效果,并且可以通过详细的数值来表示不同微结构表面的减阻率。通过改变微结构表面的尺寸进行计算求解,可以快速的找到最佳参数区间,有效缩短了优化设计的时间和成本,适合企业的产品研发。目前中国专利申请号为CN200910264029.X的专利公开了基于流体边界 ...
【技术保护点】
1.一种具有减阻效果的表面微结构尺寸参数的优化设计方法,其特征在于,该方法由以下步骤组成:(1)建立模型:采用Icem、Cad和Caxa软件建立微结构表面上的流体模型,将微结构的尺寸参数映衬到流体模型中;(2)网格划分:在Ansys的Icem模块中打开步骤(1)所建立的微结构表面上的流体模型并进行网格划分,得到mesh文件;(3)求解运算:在Fluent模块打开步骤(2)所得mesh文件,选择计算模型和施加边界条件后,经计算求解得到case文件;(4)导出数据:将步骤(3)所得case文件进行后处理操作,输出关键点处的速度和压力来反应减阻效果的数据;(5)优化参数:对步骤(4)所得数据进行分析,对比多组数据,获得微结构表面减阻的规律,优化模型参数,继续求解,直至找出最优参数区间。
【技术特征摘要】
1.一种具有减阻效果的表面微结构尺寸参数的优化设计方法,其特征在于,该方法由以下步骤组成:(1)建立模型:采用Icem、Cad和Caxa软件建立微结构表面上的流体模型,将微结构的尺寸参数映衬到流体模型中;(2)网格划分:在Ansys的Icem模块中打开步骤(1)所建立的微结构表面上的流体模型并进行网格划分,得到mesh文件;(3)求解运算:在Fluent模块打开步骤(2)所得mesh文件,选择计算模型和施加边界条件后,经计算求解得到case文件;(4)导出数据:将步骤(3)所得case文件进行后处理操作,输出关键点处的速度和压力来反应减阻效果的数据;(5)优化参数:对步骤(4)所得数据进行分析,对比多组数据,获得微结构表面减阻的规律,优化模型参数,继续求解,直至找出最优参数区间。2.根据权利要求1所述的具有减阻效果的表面微结构尺寸参数的优化设计方法,其特征在于:所述步骤(1)中建立模型是使用Cad、Caxa、Icem绘图软件构建微结构表面的流体模型,微结构尺寸可在模型中进行调整。3.根据权利要求1所述的具有减阻效果的表面微结构尺寸参数的优化设计方法,其特征在于:所述步骤(2)网格划分需定义模型的出入口和壁面部分,对模型进行块的建立与划分,每个微结构需要划分为一个独立的块,在近壁面对网格进行加密处理,设置网格疏密Spacing为0.0...
【专利技术属性】
技术研发人员:叶霞,顾江,徐伟,范振敏,杨晓红,张鹏,陆磊,冯欢,徐胜,
申请(专利权)人:江苏理工学院,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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