一种电磁沟槽复合减阻装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电磁沟槽复合减阻装置，包括隔板、盖板、磁极组、磁极底座、电极，电极与磁极组交替排列，同时电极与磁极中间安装有隔板，磁极组位于盖板与磁极底座中间，有效保证了磁极与外界环境不接触，避免磁极接触电解质溶液并在电场作用下形成电解池；电极、盖板以及隔板的上表面外形一致，在其排列方向上形成近似正弦变化的沟槽，分为平台区与斜坡区；磁极与电极的排列方式为N+S

【技术实现步骤摘要】
一种电磁沟槽复合减阻装置


[0001]本专利技术涉及流动控制领域，特别涉及一种电磁沟槽复合减阻装置。

技术介绍

[0002]船舶在海洋航行过程中需要克服三种阻力：一为兴波阻力，即航行体因为自身运动引起水波而形成的阻力；二为压差阻力，即航行体运动时其头部和尾部之间的压力差而形成的阻力，其与航行体的流线型等有关；三为摩擦阻力，该类型阻力主要源于航行体湍流边界层中的壁面摩擦阻力。对于常规船舶，摩擦阻力约占阻力的50％；而对于水下运动的航行体如鱼雷、潜艇等，该比例可高达70％。因此摩擦阻力是影响航行体速度和能耗的关键，降低船舶的摩擦阻力可显著降低燃料消耗，提高船舶航速，具有重要的经济。目前针对摩擦阻力的水下减阻技术根据是否向流场中输入额外的能量，可被分为主动控制减阻和被动控制减阻两类，主动控制减阻技术包括电磁力控制减阻、气泡减阻、气幕减阻等，而被动控制减阻技术则主要有沟槽减阻与超疏水材料减阻等。
[0003]电磁力控制以其激活板设计灵活安装简便等等成为备受关注的主动控制方法之一。Gailitis等人最早在20世纪60年代提出并研究了流动边界层的电磁力控制，他们设计了一种由条状电极和磁极交错布置的电磁激活板，如图1所示，其中白色为电极，正负极分别用“+”和
“‑”
表示，灰色为磁极南北极分别用“S”和“N”表示。这种激活板可以在弱电解质溶液中(比如海水)形成流向电磁力，这种体积力能有效减小边界层的厚度，改变边界层结构。
[0004]相对于电磁力这种需要向流场中输入能量的主动控制方法，被动控制方法因为不需要向流场中提供额外能量的优势而得到了广泛的研究，沟槽表面法也有称为变形壁面法就是其中最经典的控制方法之一。早在20世纪80年代Walsh等人利用阻力天平，在风洞中对不同的截面形状的沟槽测量了其表面阻力，最终在“V”型沟槽的形状下获得了最大约8％的减阻率，如图2(a)。由于“V”型沟槽存在着制造和维护上的不便，剖面线型相对更为简单的正弦型沟槽进入了学者们的视野，如图2(b)。Raayai
‑
Ardakani等人通过数值模拟研究了沿流向的正弦沟槽对层流边界层流动的控制效果，他们发现这种沟槽能在波谷处形成一段滞止流体缓冲区，这样使其上方的部分高速流体产生滑移，从而减小壁面上的阻力。
[0005]以上研究表明，展向电磁力控制方法具有很好的减阻效果，但由于需要向流场中输入能量，因此减阻效率较低。对于沟槽表面方法，不同沟槽表面的减阻机理已经得到了大量研究人员的充分研究，其减阻效果不一，最好减阻效果也仅在10％左右，与一般的主动控制方法相比并不显著，因此在很多情况下难以满足工程需要。由于不同的控制方法存在不同的优点和缺点，因此为了优势互补，将两种不同的流动控制方法结合形成新的复合控制方法，从而使该技术更具实用价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种电磁沟槽复合减阻装置，通过生成展向电磁力并结合沟槽结
构，有效减小弱电解质流场如海水中的边界层阻力，实现船舶等航行体节能增程的目的。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种电磁沟槽复合减阻装置，包括磁极、隔板和电极，电极与磁极中间安装有隔板，电极与磁极交替排列，磁极、隔板和电极形状相同，具有正弦变化的沟槽。
[0009]进一步地，所述磁极包括盖板、磁极组、磁极底座，所述磁极组位于盖板和磁极底座之间，电极材质为铜，其上表面裸露在电解质溶液中从而形成电场，磁极组的材质为钕磁铁，用于形成磁场。
[0010]进一步地，所述隔板、盖板与磁极底座材质均为亚克力，其主要特性是透明且不导电，磁极组位于盖板与磁极底座中间，有效保证了磁极与外界环境不接触，避免磁极接触电解质溶液并在电场作用下形成电解池。
[0011]进一步地，所述磁极组主要组成部分有两种磁极片，分别为矩形片与平行四边形片，其中矩形片长度为4毫米，平行四边形片长度为6毫米，两者厚度均为1毫米，磁极方向沿着厚度方向分布，保证其上下表面为磁场分布区域。
[0012]进一步地，所述电极、盖板以及隔板的上表面外形一致，在其排列方向上形成近似正弦变化的沟槽，分为平台区与斜坡曲，平台区长度为4毫米，斜坡区长度为6毫米，顶部平台与底部平台之间的距离为2毫米。
[0013]进一步地，所述磁极与电极的排列方式为N+S
‑
，每两对电磁极为一组，N表示磁极组上表面磁极为N极，+则表示电极所接电源为正。
[0014]进一步地，所述电极为CNC整体铣削加工完成，并且由于理想导体表面为1个等势面，理想导体表面某处的电场必定垂直于该处的表面，因此可以与对应的磁极组形成平行于装置上表面的电磁力。
[0015]所述装置安装到位后将每一组中的电极连接电源的正负极，并将装置置于电解质溶液中，即可形成平行于装置上表面的电磁力，同时当流场的流动方向顺着装置上表面所形成的沟槽方向时，可以实现最大化减阻。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过生成展向电磁力并结合沟槽结构，即可形成平行于装置上表面的电磁力，同时当流场的流动方向顺着装置上表面所形成的沟槽方向时，可以实现最大化减阻；本专利技术的磁极组位于盖板与磁极底座中间，有效保证了磁极与外界环境不接触，避免磁极接触电解质溶液并在电场作用下形成电解池。
附图说明
[0017]图1是
技术介绍
中的条状电极和磁极交错布置的电磁激活板示意图。
[0018]图2是被动控制方法中的沟槽示意图，图(a)是“V”型沟槽示意图，图2(b)是正弦型沟槽示意图。
[0019]图3是电磁沟槽复合减阻装置斜视图。
[0020]图4是电磁沟槽复合减阻装置主视图。
[0021]图5是电磁沟槽复合减阻装置爆炸视图。
[0022]图6是隔板斜视图。
[0023]图7是磁极底座斜视图。
[0024]图8是电极斜视图。
[0025]图9是盖板斜视图。
[0026]图10是磁极底座外形尺寸图。
[0027]图11是磁极组尺寸图。
[0028]图12是减阻率随不同正弦沟槽参数变化示意图。
具体实施方式
[0029]以下针对本专利技术的一个较佳实施例进行详细说明。
[0030]如图3所示，是本专利技术的一个较佳实施例的外观斜视图。该电磁沟槽复合减阻装置主要组成部分包括：隔板1、盖板2、磁极组3、磁极底座4、电极5。
[0031]如图4，图5所示，该电磁沟槽复合减阻装置主要排布方式为电极5与磁极组3交替排列，同时电极5与磁极中间安装有隔板1。电极5材质为铜，其上表面裸露在电解质溶液中从而形成电场，磁极组3的材质为钕磁铁，用于形成磁场。
[0032]如图5所示，隔板1、盖板2与磁极底座4材质均为亚克力，其主要特性是透明且不导电，磁极组3位于盖板2与磁极底座4中间，有效保证了磁极与外界环境不接触，避免磁极接触电解质溶液并在电场作用下形成电解池。
[0033]磁极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁沟槽复合减阻装置，其特征在于，包括磁极、隔板和电极，电极与磁极中间安装有隔板，电极与磁极交替排列，磁极、隔板和电极形状相同，具有正弦变化的沟槽。2.根据权利要求1所述的电磁沟槽复合减阻装置，其特征在于，所述磁极、隔板和电极均包括交替的底部平台区、斜坡区和顶部平台区，底部平台区与顶部平台区之间通过斜坡区连接。3.根据权利要求2所述的电磁沟槽复合减阻装置，其特征在于，所述底部平台区和顶部平台区的长度均为4毫米，斜坡区水平长度为6毫米，顶部平台与底部平台之间的距离为2毫米。4.根据权利要求3所述的电磁沟槽复合减阻装置，其特征在于，所述磁极包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏宇，宋宇航，苏炜翔，赵子杰，王安华，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：