一种控制细长回转体边界层保持层流不分离流动的方法技术

本发明专利技术公开了一种控制细长回转体边界层保持层流不分离流动的方法，涉及流体控制技术领域，该方法通过优化细长回转体的形状和表面特性，尽量增大顺压梯度范围，且在逆压梯度区域内降低流体流动速度的变化率，有利于使细长回转体在设定速度范围内保持层流流动，避免细长回转体表面发生流动分离或转捩，可以大幅减小细长回转体的摩擦阻力和压差阻力，有很好的减阻效果；而且，实现减阻的同时并没有消耗额外的能量，达到了节能和提高推进效率的双重效果；此外，没有发生边界层分离的细长回转体的水动力噪声也会降低。

【技术实现步骤摘要】
一种控制细长回转体边界层保持层流不分离流动的方法
本专利技术涉及流体控制
，具体涉及一种控制细长回转体边界层保持层流不分离流动的方法。
技术介绍
航行体在水中运动时，由于水的粘性的存在，会在其表面附近形成边界层，如图1所示，为航行体(为细长回转体)的传统标准形状，即常见的三段式设计，由进流段、平行中体和去流段组成，其边界层很容易发生转捩或流动分离，造成航行体的阻力增加；边界层作用于航行体的阻力主要分为摩擦阻力和压差阻力，阻力大小受流体运动状态的影响：边界层在航行体表面的逆压梯度区域内可能会发生流动分离，这时的压差阻力会大幅增加；湍流边界层虽然不易产生流动分离，却增加了航行体所受的摩擦阻力。因此，使航行体在层流边界层中保持不分离运动是航行体在摩擦阻力不增加的前提下、所受形状阻力最小的方法。目前已有很多关于避免和延缓边界层转捩和流动分离的研究，其中不乏主动流动控制方法(如边界层抽吸方法)，但主动流动控制方法意味着额外的能量损失，所以如果单以航行体的表面特性实现边界层在层流状态下的流动不分离会有很大的经济优势。>
技术实现思路
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【技术保护点】
1.一种控制细长回转体边界层保持层流不分离流动的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n第一步：预设细长回转体的长度、长细比和航速指标，根据细长体理论和势流理论得到细长回转体表面流场的势流方程；/n第二步：求解第一步中的势流方程；/n第三步：引入高阶连续物面曲线，计算其中的中间变量E的值，并计算细长回转体表面的压强系数C

【技术特征摘要】
1.一种控制细长回转体边界层保持层流不分离流动的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：预设细长回转体的长度、长细比和航速指标，根据细长体理论和势流理论得到细长回转体表面流场的势流方程；
第二步：求解第一步中的势流方程；
第三步：引入高阶连续物面曲线，计算其中的中间变量E的值，并计算细长回转体表面的压强系数Cp(x)；
第四步：确定高阶连续物面曲线中两段分段函数的交点x*和待定系数的初始值；
第五步：求解细长回转体在x*处的表面流函数及压强系数的表达式；
第六步：根据细长回转体的最大半径位置和压强系数最小位置，以及细长回转体表面的流函数Ψ(x,R(x))＝0，对第五步中的流函数和压强系数进行反复迭代，动态确定x*和待定系数的值，直至达到优化条件的设定精度要求，计算得到细长回转体所需的表面流函数及压强系数；
其中，优化条件为：



其中，x为柱坐标系下细长回转体的轴向坐标，r为柱坐标系下细长回转体的径向坐标，ε为细长回转体的厚度系数，Rmax为细长回转体最大直径；
第七步：通过积分估算细长回转体的体积，判断细长回转体边界层的实际雷诺数与临界雷诺数之间的关系，当实际雷诺数小于临界雷诺数时，细长回转体边界层能够保持为层流且不发生流动分离；否则，返回第一步，重新选择细长回转体的长度、长细比和航速指标。


2.如权利要求1所述的控制细长回转体边界层保持层流不分离流动的方法，其特征在于，第一步中，所述势流方程为：



其中，M为马赫数，M＝U∞/Ua<0.9；U∞为细长回转体的航行速度，Ua为声音在水中的传播速度，Φ为无量纲化速度势。


3.如权利要求2所述的控制细长回转体边界层保持层流不分离流动的方法，其特征在于，第二步中，所述求解包括：
定义其中，L为细长回转体长度；当ε＜＜1/M时，第一步中的(1)式有如下解：
Φ(x,r,ε)＝x+ε2lnεA(x)+ε2{A(x)ln(ωr*)+B(x)}+O(ε4ln2ε)(2)
其中，中间变量B(x)＝-A(x)ln2-I(x)，


4.如权利要求3所述的控制细长回转体边界层...

【专利技术属性】
技术研发人员：可伟，王哲，邹林，李晓植，水源可，
申请(专利权)人：河北汉光重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13