湍流槽道流中利用壁面附着铁磁流体薄膜的减阻
流体动力学
2024-11-20 v1
摘要
本研究探讨了应用壁面附着的铁磁流体薄膜来降低湍流槽道流中的表面摩擦阻力。我们在湍流槽道流装置中以水为工作流体进行了实验，其中一面壁面涂有由外部永磁体固定的铁磁流体层。根据流动条件的不同，观察到两种流体之间的界面形成不稳定行波。虽然此前铁磁流体涂层已通过在流体界面处产生滑移条件应用于层流和中等湍流流动中以减小阻力，但其在充分发展的湍流条件下（尤其是当界面表现出不稳定性时）的有效性仍不确定。我们的主要目标是评估铁磁流体涂层在减小湍流阻力方面的有效性，特别关注铁磁流体层形成不稳定波的情形。为此，我们使用二维粒子跟踪测速 (2D-PTV) 测量流速，并使用界面跟踪算法确定流体之间的界面轮廓。我们的结果表明，即使在外围流体与铁磁流体之间的界面表现出不稳定性的情形下，铁磁流体涂层仍具有巨大的减阻潜力。特别是，振幅显著小于粘性长度尺度的波对减阻有积极贡献，而较大的波由于会诱发湍流脉动则是不利的。然而，对于后一种情形，滑移效应胜过了额外的湍流，从而阻力仍然降低。
引用
@article{arxiv.2401.13479,
title = {Drag reduction utilizing a wall-attached ferrofluid film in turbulent channel flow},
author = {Marius M. Neamtu-Halic and Markus Holzner and Laura M. Stancanelli},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.13479},
year = {2024}
}