● 摘要
当今社会在人们享受高科技带给人们的种种方便时，能源和环境问题也悄悄进入了人们的生活，节能环保越来越受到人们的关注。各种交通运输方式中，表面阻力占了很大比例。如何有效地减小表面阻力，最大程度地减阻降耗，对国民经济和国防安全都具有重大意义。涂层技术在节能降耗问题上发挥了重要作用，如天然气管道内壁、船舶底层表面、飞机表面等，涂层在运载工具上不仅起到减阻的作用，而且具有防污、耐磨、耐蚀、降噪等一系列功效。然而涂层技术能够发挥的作用已经到达了极限，如何进一步降低长输天然气管道的阻力成为了人们关注的话题。本文介绍了涂层技术、表面形貌微成形技术、生物加工制造技术以及滚压技术的研究现状。通过对热固性环氧树脂动力学性能的研究，得出了其最佳塑性变形时间。在此基础上本文利用滚压成形技术高质量地实现了连续大面积仿生减阻表面的加工制造。但对实际管道滚压系统而言，存在着圆度、直线度、挠度变形等一系列误差。为此，本文在理论计算和实验分析的基础上，提出并设计制造出了“外硬内软”柔性轮，并针对实际管道设计了“悬垂法”滚压成形系统，从而消除了误差，实现了大面积仿生减阻表面的加工，并最终完成了仿生减阻管道的制造。管道仿生涂层的减阻性能测试是本文研究的重要内容，也是对仿生减阻微成形工艺的客观评价。根据天然气输送的实际情况，对仿生减阻形貌尺寸进行设计，并完成仿真分析。在此基础上，设计和构建风洞系统，测试结果表明：以空气为流动介质时，仿生减阻管道与光滑涂层内壁管道相比，具有最大8.28%的减阻率。为了验证实际工程效果，本文首次将仿生减阻管道应用于实际天然气输送管线中，并进行阻力性能测试，结果表明：在实际天然气输送条件下，仿生减阻管道与光滑涂层内壁管道相比，最大可以实现8.67%的减阻率。仿生减阻技术在实地天然气管道输送中的应用取得了巨大成功，这必将为我国“十二五”计划的减阻节能事业做出重要贡献。