具有不对称纳米结构球体低速入水空腔形成机制及水下减阻性能研究
水下航行器在航行过程中会经历水动力阻力，从而导致航行器的速度降低和能源消耗，则如何降低其航行过程中的水动力阻力显得尤为重要。相关研究者发现空泡技术可以大大降低航行器的水动力阻力，最高达到90％。在自然界中的一些生物利用其特殊的超浸润性表面形成稳定的水下空泡，这种特殊浸润性表面由粗糙结构和化学物质共同决定。受上述启发,本文设计了具有不对称纳米结构的疏水/亲水表面，发现球体的纳米结构修饰比例、纳米结构释放方式及释放高度会影响入水空腔形成过程和水下空腔减阻效果。主要工作如下: 1.具有不对称纳米结构疏水球体低速入水空腔形成机制和水下减阻性能研究。疏水球体的纳米多孔结构修饰位置和修饰比例（r）会调控水膜在球体表面的行为。本文将球体的纳米结构朝下释放时，很小的修饰区域（r≤1/8）便能使水膜直接形成飞溅冠，进而发展为空腔。然而，本文将球体的纳米结构朝上释放时，只有当r增加到1/3甚至更高时，分离的水膜才会形成溅射冠，进而形成空腔。在距离水面60-80 cm深度处，空腔稳定存在于疏水球体表面处，未发生脱落。与未产生空腔的球体相比，产生完整空腔的球体减阻效率为90％以上。 2.具有不对称纳米结构亲水球体低速入水空腔形成机制和水下减阻性能研究。本文通过设计纳米结构的修饰位置和修饰比例，从而调控水膜在球体表面的溅射位置，进一步影响溅射冠和空腔的形成。本文将球体纳米结构朝下释放，释放高度达到H=70 cm,纳米结构修饰比例基本不影响空腔形成。球体纳米结构朝上释放时，释放高度达到H=170 cm,纳米结构修饰比例基本不影响空腔形成。同时，本文还发现球体纳米结构朝下释放比纳米结构朝上释放更容易形成空腔。在相同的释放高度（修饰比例）下，结构朝上的球体需要更高的修饰比例（释放高度）才能产生空腔。
水下航行器;水动力阻力;不对称纳米结构球体;低速入水;空腔形成;减阻性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
王景明
2023
中文
U674.941
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）