水下高压抗润湿V型槽分级铜纳米线簇超疏水表面的减阻研究

针对水下减阻超疏水表面气层稳定性差的问题,提出了在金属铜基底上使用两步电化学沉积法,制备了一种具有V型槽结构、区室化簇状结构和微纳分级结构的铜纳米线超疏水表面,进行了水下高压气层稳定性测试和减阻测试。结果表明,该表面最高可在0.45 MPa水压下维持76%的未润湿区域。同时,该表面在平板流变仪层流减阻测试中可取得高达56%的减阻率,具有优异的减阻性能。V型槽分级铜纳米线簇超疏水表面兼具水下高压气层稳定性和减阻效果,可应用到实际船舶航行领域,为解决超疏水表面减阻应用的瓶颈问题提供方案。

水下湍流减阻技术研究进展

水下湍流减阻技术作为提升航行器航速、实现节能减排的有效手段,受到了学者的广泛关注。迄今,根据减阻机理的不同形成了多样化的减阻技术,依据能否对减阻行为进行调控可分为主动和被动减阻技术。从概述水下湍流减阻技术的研究现状出发,梳理了各项减阻技术从兴起到当前研究热点的发展脉络。系统阐述了各减阻技术对壁面湍流流场的影响机制,并分类别深入分析了其内在减阻机理,如结构减阻的涡干扰、超疏水减阻的滑移,聚合物高分子链的黏弹性、超空泡的界面转换、柔顺壁面的缓冲吸振、微气泡改变流场理化特性和壁面振动破坏拟序结构等减阻机制。论述了各项减阻技术的研究进展,比较了各项技术的发展趋势和不足,如仿生减阻结构无需提供额外的能量就能维持长久的减阻效果,但对复杂多变的流场环境难以维持较高的减阻率;微气泡减阻能大幅降低表面阻力,但存在能耗较高等问题。在此基础上,总结概括了各项减阻技术的应用场景,并从技术集成的角度,展望了水下湍流减阻技术的发展之路。

水下减阻技术研究综述

在简要回顾早期减阻研究的基础上,对现有典型水下湍流减阻技术进行了较深入地分析。重点介绍了脊状表面减阻、微气泡减阻和疏水/超疏水表面减阻的研究现状。分别从实验研究和理论研究两方面对其进行了阐述,并着重强调了各自的减阻机理。此外,还简要介绍了柔顺壁面减阻、壁面振动减阻等其它减阻技术。展望了水下减阻技术今后的研究重点及其应用前景。