Оценка и выбор рациональных геометрических параметров прямоугольных риблет для снижения гидравлических потерь

На основе методов вычислительной гидродинамики (Computational Fluid Dynamics) в программной среде ANSYS Fluent выполнена оценка таких геометрических параметров прямоугольных риблет, как высота h (0,8; 1,0; 1,2; 1,4 и 1,6 мм) и ее отношение к ширине h/t (1,0; 1,1; 1,2; 1,4 и 1,6) при постоянном отношении высоты к шагу шероховатости h/s = 0,4, а также их влияние на течение потока в трубе с точки зрения снижения гидравлических потерь. По полученным результатам установлено, что при высоте h = 1,0 мм достигается наилучшая гидравлическая эффективность, а при отношении h/t = 1,1 прямоугольные риблеты обеспечивают уменьшение коэффициента гидравлического сопротивления (0,0259) на 2,6 % относительно его значения для идеально гладкой поверхности (0,0266).
EDN: NDZVNR, https://elibrary/ndzvnr

Литература

[1] Кузьма-Кичта Ю.А., Иванов Н.С., Хованский Р.Б. и др. Методы снижения гидравлического сопротивления длинных криогенных трубопроводов. Тепловые процессы в технике, 2020, т. 12, № 7, с. 290–300, doi: https://doi.org/10.34759/tpt-2020-12-7-290-300

[2] Корнилов В.И. Проблемы снижения турбулентного трения активными и пассивными методами (обзор). Теплофизика и аэромеханика, 2015, т. 22, № 2, с. 183–208.

[3] Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Москва, Дрофа, 2003. 840 c.

[4] Агеев А.И., Осипцов А.Н. Стоксово течение в микроканале с супергидрофобными стенками. Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2019, № 2, с. 59–71, doi: https://doi.org/10.1134/S0568528119020014

[5] Гольянов А.И., Гольянов А.А., Кутуков С.Е. Обзор методов оценки энергоэффективности магистральных нефтепроводов. Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов, 2017, № 4, с. 156–170.

[6] Dean В., Bhushan B. Shark-skin surfaces for fluid-drag reduction in turbulent flow: a review. Philos. Trans. A Math. Phys. Eng. Sci., 2010, vol. 368, no. 1929, pp. 4775–4806, doi: https://doi.org/10.1098/rsta.2010.0201

[7] Bixler G.D., Bhushan B. Fluid drag reduction with shark-skin riblet inspired microstructured surfaces. Adv. Funct. Mater., 2013, vol. 23, no. 36, pp. 4507–4528, doi: https://doi.org/10.1002/adfm.201203683

[8] Sasamori M., Mamori H., Iwamoto K. et al. Experimental study on drag-reduction effect due to sinusoidal riblets in turbulent channel flow. Exp. Fluids, 2014, vol. 55, no. 10, art. 1828, doi: https://doi.org/10.1007/s00348-014-1828-z

[9] Soleimani S., Eckels S. A review of drag reduction and heat transfer enhancement by riblet surfaces in closed and open channel flow. Int. J. Thermofluids, 2021, vol. 9, art. 100053, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijft.2020.100053

[10] Choi K.S. Breakdown of the Reynolds analogy over drag-reducing riblets surface. Appl. Sci. Res., 1993, vol. 51, no. 1, pp. 149–154, doi: https://doi.org/10.1007/BF01082529

[11] Cherghani M.M., Malekan M.R. Shark skin-inspired surface designs for drag reduction in drinking water distribution pipes. Water Res., 2022, vol. 284, no. 15, art. 123965, doi: https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123965

[12] Harun Z., Abbas A.A., Etminan A. et al. Effects of riblet on flow structure around a NACA 0026 airfoil. The 25th International Symposium on Transport Phenomena, 2014, vol. 11, no. 4. URL: https://www.researchgate.net/publication/289250352_effects_of_riblet_on_flow_structure_around_a_naca_0026_airfoil (дата обращения: 15.01.2026).

[13] Bechert D.W., Bruse M., Hage W. et al. Experiments on drag-reducing surfaces and their optimization with an adjustable geometry. J. Fluid Mech., 1997, vol. 338, pp. 59–87, doi: https://doi.org/10.1017/S0022112096004673

[14] Walsh M.J. Drag characteristics of V-groove and transverse curvature riblets. Viscous Flow Drag Reduction, 1980, vol. 72, pp. 168–184, doi: https://dx.doi.org/10.2514/5.9781600865466.0168.0184

[15] Lee S.J., Lee S.H. Flow field analysis of a turbulent boundary layer over a riblet surface. Exp. Fluids, 2001, vol. 30, no. 2, pp. 153–166, doi: https://doi.org/10.1007/s003480000150

[16] ANSYS DesignModeler user’s guide. Version 2019 R1. ANSYS Inc., 2019. 450 p.

[17] Eggels J.G.M., Unger F., Weiss M.H. et al. Fully developed turbulent pipe flow: a comparison between direct numerical simulation and experiment. J. Fluid Mech., 1994, vol. 268, pp. 175–210, doi: https://doi.org/10.1017/S002211209400131X

[18] Волков К.Н., Емельянов В.Н. Вычислительные технологии в задачах механики жидкости и газа. Москва, Физматлит, 2012. 465 с.

[19] Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA J., 1994, vol. 32, no. 8, pp. 1598–1605.

[20] Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. Москва, Машиностроение, 1992. 672 c.

[21] Староверов И.Г., Шиллер Ю.И. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч. 2. Водопровод и канализация. Москва, Стройиздат, 1990. 247 c.

[22] Walsh M.J., Lindemann A.M. Optimization and application of riblets for turbulent drag reduction. AIAA 22nd Aerospace Sciences Meeting, 1984, pp. 1–30, doi: https://doi.org/10.2514/6.1984-347

[23] Nakao S. Application of v shape riblets to pipe flows. J. Fluids Eng., 1991, vol. 113, no. 4, 1991, pp. 587–590, doi: https://doi.org/10.1115/1.2926519

[24] Bechert D.W., Bruse M., Hage W. Experiments with three-dimensional riblets as an idealized model of shark skin. Exp. Fluids, 2000, vol. 28, no. 5, pp. 403–412, doi: https://doi.org/10.1007/s003480050400