一種人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種表面結(jié)構(gòu)，特別涉及一種人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面。
【背景技術(shù)】
[0002]在各類交通工具、飛行器以及水中航行器，摩擦阻力占有非常大的比例。其它以流體為工質(zhì)的動(dòng)力機(jī)械如流體泵、輸氣管道等，摩擦阻力也占有相當(dāng)大的比例。摩擦阻力造成了能源的巨大消耗。降低運(yùn)輸工具及其他機(jī)械的表面摩擦阻力，從而提高航行速度、工作效率，減少能源消耗是國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略的重大需求。
[0003]生物經(jīng)過近40億年的進(jìn)化，其結(jié)構(gòu)和功能為了適應(yīng)環(huán)境而不斷地進(jìn)行優(yōu)化，許多生物體表面形成獨(dú)特的功能性表面形貌結(jié)構(gòu)。本發(fā)明受鳥羽擬人字微納表面形貌結(jié)構(gòu)啟發(fā)，提出一種仿生減阻表面。近十幾年來，研宄者通過研宄魚類以及鳥類，發(fā)現(xiàn)表面各種表面結(jié)構(gòu)有著出色的減少摩擦阻力的作用。順流向布置該表面可大幅減少流體介質(zhì)中物體的阻力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面。
[0006]本發(fā)明提供的人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面，其由人字形溝槽單元組成，人字形溝槽單元包括兩列V形溝槽組，每列V形溝槽組由若干條相互平行的V形溝槽構(gòu)成，兩列V形溝槽溝槽延伸方向呈左右對(duì)稱分布，且每對(duì)對(duì)稱V形溝槽水平截面相交線形成一定的夾角Θ，夾角 O < Θ 彡 120°.
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0008]該表面增加了粘性底層的厚度，降低了表面湍流狀態(tài)，同時(shí)人字形溝槽表面形成宏觀尺度的大渦，不斷地把產(chǎn)生湍流的流體運(yùn)出粘性底層，延遲完全湍流狀態(tài)的發(fā)生，減少了能量的消耗。同時(shí)溝槽表面會(huì)形成“二次渦群”，是壁面猝發(fā)湍流強(qiáng)度變?nèi)?，降低了壁面摩擦阻力?br>【附圖說明】
[0009]參照下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的說明，會(huì)更加容易地理解本發(fā)明的以上和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。附圖中的部件只是為了示出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術(shù)特征或部件將采用相同或類似的附圖標(biāo)記來表示。
[0010]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面的立體結(jié)構(gòu)示意圖；[0011 ] 圖2為圖1的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為圖1前端端面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4為本實(shí)驗(yàn)新型第一實(shí)施例提供的人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面的俯視圖。
[0014]圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面的立體結(jié)構(gòu)示意圖
[0015]圖6為圖5的B-B剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖7為圖5肖U端端面結(jié)構(gòu)不意圖。
[0017]圖8為本實(shí)驗(yàn)新型第二實(shí)施例提供的人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面的俯視圖。
[0018]附圖標(biāo)記說明:
[0019]1-V形溝槽；2_過渡平板；3-V形溝槽組。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例。在本發(fā)明的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。
[0021]如圖1、圖4所示，本發(fā)明提供的人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面，其由人字形溝槽單元組成，人字形溝槽單元包括兩列V形溝槽組3，每列V形溝槽組3由若干條相互平行的V形溝槽I構(gòu)成，兩列V形溝槽I溝槽延伸方向呈左右對(duì)稱分布，且每對(duì)對(duì)稱V形溝槽I水平截面相交線形成一定的夾角Θ，夾角O < Θ ( 120°。
[0022]該表面增加了粘性底層的厚度，降低了表面湍流狀態(tài)，同時(shí)人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面形成宏觀尺度的大渦，不斷地把產(chǎn)生湍流的流體運(yùn)出粘性底層，延遲完全湍流狀態(tài)的發(fā)生，減少了能量的消耗。同時(shí)溝槽表面會(huì)形成“二次渦群”，是壁面猝發(fā)湍流強(qiáng)度變?nèi)?，降低了壁面摩擦阻力?br>[0023]進(jìn)一步，如圖2所示，本實(shí)施例提供的兩列每條V形溝槽I的寬度固定且相同，寬度25um ( s ( 300um，深度固定且相同，溝槽深寬比O < h/s彡0.9°。
[0024]進(jìn)一步，如圖1所示，本實(shí)施例提供的人字形溝槽單元還包括過渡平板2，過渡平板2位于所述兩列V形溝槽組3的兩側(cè)，方便人字形溝槽單元的連接。
[0025]進(jìn)一步，如圖3、圖4所示，本實(shí)施例提供的兩列V形溝槽組3寬度SL為0.02m，所述人字形溝槽單元寬度L為0.024m，夾角Θ為60°，上述形狀的人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面最大的降低了壁面摩擦阻力。
[0026]優(yōu)選地，如圖5、圖6所示，本實(shí)施例提供的兩列每條V形溝槽I的寬度固定且相同，寬度25um ( s ( 300um，每列V形溝槽I深度從中間V形溝槽I往兩側(cè)逐條減小，溝槽最大深寬比h/s為0.9，且在垂直于溝槽延伸方向的截面上，每列每條V形溝槽I的頂點(diǎn)在同一直線上。
[0027]進(jìn)一步，如圖7、圖8所示，本實(shí)施例提供的兩列V形溝槽每列中間最深V形溝槽I深寬比h/s為0.6，兩端V形溝槽深寬比h/s為0，所述兩列V形溝槽組3寬度SL為0.024m，夾角Θ為60°。
[0028]具體的原理是:
[0029]在剛性表面或者柔性表面上順著水流方向加工或者貼覆上表面形貌為本發(fā)明提供的人字形溝槽結(jié)構(gòu)的涂層或者薄膜，水流將在人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面形成宏觀尺度的大渦，不斷地把產(chǎn)生湍流的流體運(yùn)出粘性底層，延遲完全湍流狀態(tài)的發(fā)生，減少了能量的消耗。同時(shí)溝槽表面會(huì)形成“二次渦群”，是壁面猝發(fā)湍流強(qiáng)度變?nèi)酰档土吮诿婺Σ磷枇Α?br>[0030]最后應(yīng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面，其特征在于，其由人字形溝槽單元組成，所述人字形溝槽單元包括兩列V形溝槽組，每列V形溝槽組由若干條相互平行的V形溝槽構(gòu)成，所述兩列V形溝槽組溝槽延伸方向呈左右對(duì)稱分布，且每對(duì)對(duì)稱V形溝槽水平截面相交線形成一定的夾角Θ，夾角O < Θ ( 120°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面，其特征在于，所述兩列每條V形溝槽的寬度固定且相同，寬度25um彡s彡300um，深度固定且相同，溝槽深寬比O <h/s 0.9o
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面，其特征在于，所述人字形溝槽單元還包括過渡平板，所述過渡平板位于所述兩列V形溝槽組的兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面，其特征在于，所述兩列V形溝槽組寬度SL為0.02m，所述人字形溝槽單元寬度L為0.024m，所述夾角Θ為60°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面，其特征在于，所述兩列每條V形溝槽的寬度固定且相同，寬度25um< s ( 300um，每列V形溝槽深度從中間V形溝槽往兩側(cè)逐條減小，溝槽最大深寬比h/s為0.9，且在垂直于溝槽延伸方向的截面上，每列每條V形溝槽的頂點(diǎn)在同一直線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面，其特征在于，所述兩列V形溝槽每列中間最深V形溝槽深寬比h/s為0.6，兩端V形溝槽深寬比h/s為0，所述兩列V形溝槽組寬度SL為0.024m，所述夾角Θ為60°。
【專利摘要】一種人字形結(jié)構(gòu)的仿生減阻表面其由人字形溝槽單元組成，人字形溝槽單元包括兩列V形溝槽組，每列V形溝槽組由若干條相互平行的V形溝槽構(gòu)成，兩列V形溝槽溝槽延伸方向呈左右對(duì)稱分布，且每對(duì)對(duì)稱V形溝槽水平截面相交線形成一定的夾角θ，夾角0＜θ≤120°。該表面增加了粘性底層的厚度，降低了表面湍流狀態(tài)，同時(shí)該表面形成宏觀尺度的大渦，不斷地把產(chǎn)生湍流的流體運(yùn)出粘性底層，延遲完全湍流狀態(tài)的發(fā)生，減少了能量的消耗。同時(shí)溝槽表面會(huì)形成“二次渦群”，使壁面猝發(fā)湍流強(qiáng)度變?nèi)?，降低了壁面摩擦阻力?br>【IPC分類】F15D1-12
【公開號(hào)】CN104613056
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510031183
【發(fā)明人】李欣
【申請(qǐng)人】北京超微上達(dá)科技有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月21日