[发明专利]一种新型高效低噪声仿生泵喷系统设计方法

权利要求书

1.一种新型高效低噪声仿生泵喷系统设计方法，其特征是：

(1)基于相似性原理，提取生物体的体表结构的仿生非光滑表面，并根据其体表结构的单元体和排布方式的不同，进行非光滑沟槽结构参数设计；

(2)以平板为研究对象，采用数值模拟的方法，进行沟槽减阻流动仿真计算，并与已有实验结果对比验证算法的准确性；

(3)针对不同工况，以平均降阻率为优化目标，采用遗传算法，获得适合各种工况条件下的具有最优减粘降阻功能的仿生非光滑表面的设计参数；

(4)应用设计的非光滑沟槽结构，基于仿生设计准则，在充分考虑内部流动状态的条件下，对叶片进行仿生非光滑沟槽结构参数设计；

(5)以柔性仿生叶片为研究对象，建立流固耦合数学模型，设定叶片材料和来流流速，对泵喷进行数值模拟，确定能使振动噪声达到最小值的叶片材料。

2.根据权利要求1所述的一种新型高效低噪声仿生泵喷系统设计方法，其特征是：步骤(1)中，仿生非光滑表面由生物体的体表结构进行提取而来，鲨鱼皮肤表面呈现鳞片状或半圆形的非光滑沟槽结构，根据鲨鱼体表部位的单元体和排布方式的不同，建立两种形式的沟槽：Space-V与Space-U，取沟槽宽度s、沟槽深度h、沟槽间距b为设计参数，非光滑沟槽单元结构按照设定距离排布。

3.根据权利要求1所述的一种新型高效低噪声仿生泵喷系统设计方法，其特征是：步骤(2)中，先建立计算域模型，建模时将两个面放置于同一流场中，左右壁面分别设置为速度入口和压力出口，上下壁面分别为光滑壁面和非光滑沟槽壁面，前后壁面设置为周期性壁面边界条件，采用k-ωSST湍流模型对湍流流场进行数值模拟，流场求解计算采用SIMPLE算法，通过对两种模型的沟槽表面进行数值模拟分析，分析两种结构的减阻效果。

4.根据权利要求1所述的一种新型高效低噪声仿生泵喷系统设计方法，其特征是：步骤(3)中，以平均降阻率越大非光滑表面的降阻能力越强为评定标准，根据不同工况，建立用于寻找最优降阻能力的非光滑表面的数学规划，并根据适用范围确定约束函数，根据所确定目标函数为复杂非线性离散的函数，采用遗传算法求解上述数学规划，得到适合不同工况的非光滑表面的沟槽宽度、深度和间距的优化参数，并分析不同情况下的变化规律，为降阻的仿生设计提供优化参数。

5.根据权利要求1所述的一种新型高效低噪声仿生泵喷系统设计方法，其特征是：步骤(4)中，将非光滑表面单元布置于叶片尾部，选取k-ωSST模型对泵喷进行数值计算，并选用自适应壁面函数捕捉壁面出的流动，转轮旋转形成了两个不同的计算区域，即转轮内部流体的旋转区域和其他静止区域，通过在转轮的入口和出口分别施加两个与其相邻区域的交界面，实现旋转区域与静止区域的连接，网格连接方式采用常规网格交界面，在稳态计算中，叶轮的角位置是固定的，运动部件和静止部件之间的相互作用通过冻结转子方法来实现。

6.根据权利要求1所述的一种新型高效低噪声仿生泵喷系统设计方法，其特征是：步骤(5)中，通过对柔性材料与流体双向流固耦合分析，基于柔性叶片在泵喷转动过程中的运动、受力特点，建立柔性叶片与水流双向流固耦合方程，在对方程进行求解、分析基础上，利用动网格模块、编写用户自定义函数，实现具有柔性仿生叶片的泵喷推进器的数值模拟和水动力学性能的预测。