1. 研究目的与意义（文献综述）

目前各国都在设法应对不同的能源与环境问题，我国由于人均资源少，环境容量有限，西部生态脆弱，问题尤为突出，解决这些问题首先要从节能开始。据称世界能源的1/3-1/2被用于克服运输中的摩擦，因此为了减小管道摩擦损失并提高运输频率，对减阻技术展开研究就显得十分必要。

目前对于管道减阻的研究主要针对于壁面初始摩擦度，通过涂层技术^[1]、提升焊接工艺等方法减小壁面粗糙度，从而达到减阻的目的。然而现有技术存在减小粗糙度的程度有限、施工复杂、随着时间变长出现涂层脱落的问题。另外一种就是在油品中添加高聚物^[2]，高聚合物减阻剂可以在小用量下达到较好的减阻效果，但在紊流流体的高剪切作用下，其分子量极易因分子链的断裂而降低甚至失效，即剪切降解，这是高聚合物减阻剂在应用上最大的不足。 而基于仿生学理论发展的非光滑管道壁面减阻技术正成为研究者们新的研究方向^[3]。肋条减阻技术作为其中的一种，由于减阻效果显著且易于推广使用，更是成为了研究热点^[4]。肋条减阻技术通过改变与流体相接触物体的壁面形状，以改变肋条进壁区的湍流结构，从而达到减阻效果。

肋条减阻技术可以追溯到1965年克拉默研究海豚运动。1967年乌克兰基辅水动力学研究所的摩科洛夫在研究涡屏蔽过程中，提出条纹沟槽表面降低水动力阻力的可能性,并正式提出了“riblets”这一科学词汇。20世纪80年代，nasa研究中心walsh等人首先开展了对肋条减阻的研究^[5-6]，结果表明v型肋条具有最好的减阻效果当其高度h和间距s的无量纲尺寸hlt; 25和stlt; 30时具有减阻特性，当沟槽的尺寸为h = s =15时，减阻效果最佳，可达8%。这一成果不仅突破了表面越光滑阻力越小的传统思维方式，而且为以后的研究工作指明了方向,此后的工作都是在沟槽无量纲尺寸为10~30间进行的。自此，肋条减阻技术逐渐成为减阻研究的焦点。bechert和brused对多种形状的肋条表面进行了测试^[7]，同样得出v型肋条减阻效果最好，可达10%,再次证明了walsh肋条减阻最优几何形状的结论，此后的研究在几何形状上主要采用的都是v型肋条。gallaghe和thomas通过对流速分布的测量，利用边界层动量积分公式对肋条减阻进行研究^[8]，结果表明，只在沟槽板的后半部分阻力有所减小，但总的阻力几乎不变。但不久，bacher和smith采用同样的方法进行实验研究^[9]，却得到了25%的净减阻。从目前公认的肋条最大减阻幅度(约8%)看，他们的结果显然都存在较大的误差，可能与当时相对落后的实验条件有很大关系。park和wallace用热线风速仪详细测量了沟槽内的流向速度场^[10]，通过对沟槽壁切应力的积分，得到了大约4%的减阻，相对减阻幅度较小，但对测试方法的尝试是值得借鉴的。debisschop和nieuwstad通过直接测量压力和速度的方法发现，在逆压力梯度的湍流边界层中，肋条结构减阻效果高达13%^[11]。viswanath的实验结果表明，通过优化肋条结构，机翼在低速入射风洞中可以实现减阻5%~8%^[12]。lee和jang将naca0012翼型表面粘附一层肋条薄膜进行实验研究^[13],结果表明，在雷诺数re=1.54*10⁴时减阻9.8%。

2. 研究的基本内容与方案

掌握输油管道减阻的重要性，比较现有的各种减阻方法的优缺点；掌握肋条表面减阻的机理以及专业流体力学软件fluent。针对输油管道的减阻问题，基于仿生学原理和平板边界层理论，将管道内表面设计为v型或梯形肋条结构，利用fluent对肋条表面流场进行数值仿真，分析其流体阻力特性。

（1）确立几何形状，生成计算网格；

（2）输入并检查网格，选择求解器；

3. 研究计划与安排

1-3周: 文献查阅与调研时间，撰写文献综述报告和开题报告；

4-5周: 完成外文的翻译工作;

6-10周: 物理模型和计算域的设计、网格划分、湍流模拟的相关选定等;

4. 参考文献（12篇以上）

[1]崔超，刘忠胜，陈明，等.内减阻技术简述及涂层缺陷与对策[j].现代涂料与涂装，2007，10（7）：50

[2]王英奎，江春波，李玲.流动减阻的研究综述[j]水力发电 2008，34（2）：67-69

[3]刘博，姜鹏，李迅朝，桂泰江，田黎，秦松.鲨鱼顿林肋条结构的减阻仿生研究进展[j]材料导报 2008，22（7）：14-21