Saving energy via drag reduction: a mathematical description of oscillatory flows
通过减阻节能:振荡流的数学描述
基本信息
- 批准号:EP/W021099/1
- 负责人:
- 金额:$ 31.14万
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Research Grant
- 财政年份:2023
- 资助国家:英国
- 起止时间:2023 至 无数据
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Turbulent fluid flows are ubiquitous in the engineering and industrial sciences, including aviation, shipping and transport, marine renewable energy, race car design, and pipeline transport. Much of the energy put into turbulent fluid systems is used to overcome the skin friction, or viscous turbulent drag force, on the boundaries of the flow, such as a pipe wall during pipeline transport or an aircraft wing in flight. Recent experiments and simulations indicate the potential for a reduction in skin friction of up to 7.5% for aircraft flight and up to 25% in pipeline transport if these flow boundaries are made to oscillate side-to-side transversally to the flow. If such skin friction reductions were realised in aircraft flight, then typical energy savings for one transatlantic flight are equivalent to the daily energy usage of around 1500 UK homes. Although some physical explanations for this drag reduction have been forwarded, to date there is no general underlying mathematical description of the phenomenon. This project will provide such an explanation, by identifying how oscillating walls affect key low-drag structures in the turbulent flow. In doing so, the project will design optimised wall oscillation strategies which best manipulate these low-drag structures in order to provide even greater energy savings. Additionally, the underlying mathematical description will help to relate different industrial applications together under a single framework, in order to facilitate the transfer of key ideas and energy saving solutions between applications.
湍流流动在工程和工业科学中无处不在,包括航空,运输和运输,可再生能源,赛车设计和管道运输。将大部分能量用于湍流系统,用于在流动的边界上克服皮肤摩擦或粘性湍流阻力,例如管道运输过程中的管墙或飞行中的飞机机翼。最近的实验和仿真表明,如果这些流动边界是在横向到流动的右侧振荡的,则可能会使飞机飞行的皮肤摩擦降低高达7.5%,而管道运输量最高为25%。如果在飞机飞行中实现了这种皮肤摩擦的减少,那么一次跨大西洋飞行的典型能源节省等同于大约1500英国房屋的日常能源使用。尽管已经转发了对这种阻力的一些物理解释,但迄今为止,尚无对该现象的基本数学描述。该项目将通过确定振荡壁如何影响湍流中的关键低拖盘结构,从而提供这样的解释。这样一来,该项目将设计优化的墙振荡策略,这些策略最好操纵这些低拖架结构,以提供更大的能源节省。此外,基本的数学描述将有助于将不同的工业应用在一个框架下将不同的工业应用联系在一起,以促进应用程序之间的关键思想和节能解决方案的转移。
项目成果
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