【独家·研究】科学家研发新技术减少水下船体阻力

海事 / /

研究员们已研发出一种纳米级细毛结构(nanofur structure),可显著减少流体阻力。例如,试想在海洋中徜徉的9万艘远洋货船需使用的巨量燃油。国际航运业每年消耗大约3亿公吨燃油,预计占导致全球气候变化的温室气体排放的3.5%至4%。船舶所使用的能量大多数都是用于克服船体表面摩擦力。

因此,采用一种有效的方法减少水下船体摩擦阻力能够显著减少船舶燃油消耗,从而创建一个更有效、更环保的航运业、此外,在大多数应用中——涉及液体在不同尺寸的管道中流动——大量的能量被用于克服流体在经过管壁时所遭受的阻力、现在,一种可减少阻力的涂层可以消除这一问题,提升上述情况中流体流动效率。蕨类植物和昆虫的表面均由高密度的绒毛覆盖着,从而让它们在水下保持一层空气层。这一特点使得半翅目昆虫通过减少其表面所受阻力,在水中迅速敏捷地移动。

德国卡尔斯鲁厄工业大学显微结构技术研究院 (IMT)的科学家们已研发一种低廉、高扩展性方法帮助形成一个超疏水、气密性的仿生表面——纳米级细毛结构(nanofur)——其不仅仅具备超长期稳定性,还能有效抵抗额外作用力。这些特点让船体表面显著减少流体所遭受的摩擦阻力,无论流体流动速率。

在试验中,对使用了“nanofur”涂层的表面的阻力减少效果进行了测试。使用了“nanofur”涂层的管道的压力差比使用非结构化聚合物的管道低50%,压力差降低表明“nanofur”涂层显著降低流体阻力,这是因为在其纳米级细毛结构和显微结构表面形成了空气层。

nanofur”是采用一种热拉技术制造而成,而热拉技术也是由显微结构技术研究院 (IMT)研发。与用于生产超疏水、气密性的减少阻力的表面的其它方法相比,热拉方法造价极低,因为其使用标准钢板作为模具,这是一种廉价的制造工序和材料。此外,这一流程扩展性高,无需使用任何额外的、可能会有毒有害的化学品,使得nanofur”易于处理。


发表评论

电子邮件地址不会被公开。