陈正云张清福潘翀刘彦鹏蔡楚江

1．上海外高桥造船有限公司,上海 200137;2．北京航空航天大学 航空科学与工程学院,北京 100191;3．北京航空航天大学宁波创新研究院 先进飞行器与空天动力技术创新研究中心,浙江 宁波 315800

0 引 言

在全球气候变化加剧、节能减排需求大增的背景下,如何减少水下及水面船只、舰艇的航行阻力从而提高能量利用率变得愈发重要[1-2]。对摩擦阻力占总阻力的50%～70%的水下/水面航行体而言,降低其湍流边界层的摩擦阻力是减阻的主要任务[3]。水下/水面航行体绕流湍流边界层的特征雷诺数很高、流动特性复杂且影响因素众多,传统的减阻流动控制技术主要为壁面微抽吸、柔性壁面、壁面沟槽[4-6]、高分子聚合物[7-8]等[3,9]。近年来,具有表面滑移特性的超疏水材料,被证实具备减少流动摩擦阻力的能力,因此受到广泛关注[1-2,10-13]。

超疏水表面通过减小液滴与固壁的接触角滞后来提高液滴的滚动性。在Cassie-Baxter状态下,超疏水表面的微结构及较低的表面能会使其在固-液界面中间形成一层很薄的气膜层,此时流动摩擦阻力的减少主要来自于介质替换,即将壁-液接触面替换为气-液接触面,水在气膜层上方滑移,仅只受到较小的阻力,在宏观上表现为一定的滑移长度。大量研究表明,Cassie-Baxter状态下的气膜层处于亚稳态[11,14-17],气膜层会受到流体剪切、湍流脉动、压力和气体溶解度等因素的影响而逐渐脱附,最终变成表面被完全浸润的Wenzel状态,由此丧失减阻效果,甚至因为表面微结构引起的额外粗糙度而增加阻力。……