以鱼皮肤为灵感的表面设计,用于减少饮用水分配管道的阻力
Mirvahid Mohammadpour Chehrghani1, Doekle Yntema2, David Matthews3
1Faculty of Engineering Technology, University of Twente, 7500AE, Enschede, the Netherland; Wetsus, European Centre of Excellence for Sustainable Water Technology, Oostergoweg 9, 8911 MA, Leeuwarden, the Netherlands.
生物仿真可以减少水管中的阻力,但最佳设计取决于管道尺寸. 根据特定的管道直径量身定制丝条的几何形状,对于最大限度地提高饮用水分配系统 (DWDS) 的能源效率至关重要.
科学领域:
- 流体动力学 流体动力学
- 生物模拟学是一种生物模拟学.
- 表面工程是什么?表面工程是什么?
背景情况:
- 饮用水配送系统 (DWDS) 的流导致了由于阻力而造成的显著能量损失.
- 以鱼皮肤为灵感的生物模拟条纹表面显示出降低阻力的潜力,但它们在圆形管道中的应用尚未得到充分研究.
- 制造方面的挑战和流量条件的差异限制了道流量条纹研究对圆形管道的直接应用.
研究的目的:
- 在不同直径的圆形管道中实验研究叶片的阻力降低性能.
- 为了确定最佳的条纹间距和几何形状,以最大限度地减少不同尺寸管道的阻力.
- 开发一个预测模型,用于圆形管道中最优的条纹间距.
主要方法:
- 用3D打印刀片条纹结构,将其整合到圆形管道中.
- 使用 12,20 和 28 毫米管径的水流设置对阻力减轻的实验性评估.
- 分析管道直径 (D) 和条纹高度与间距比率 (h/s) 对阻力降低的影响.
主要成果:
- 发现最佳的条纹间距 (sopt+) 取决于管道直径,而较小的直径需要更低的sopt+.
- 具有0.4和0.5的h/s比率的Riblets在所有测试的管道直径中实现了高达6%的阻力降低.
- 为sopt+开发了一个预测相关性,误差为<5%,考虑了条纹几何和管道直径.
结论:
- 圆形管道中的条纹性能偏离了通道流动行为,需要对管道进行特定的设计优化.
- 最佳的条纹设计是条纹几何形状 (h/s) 和管道直径 (D) 的函数.
- 根据特定管道尺寸量身定制带状管解决方案对于有效减少DWDS的阻力至关重要.
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