[發(fā)明專利]一種陣列電極式平板壁面微空泡發(fā)生裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710099372.4
• 申請(qǐng)日: 2007-05-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101121435A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪家道;陳皓生;陳大融
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): B63B1/38
• 分類號(hào): B63B1/38
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種平板試樣壁面微空泡發(fā)生裝置，特別涉及通過(guò)氣泡或空氣層改變船體固有流體力學(xué)特征的技術(shù)措施，屬于流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

水下航行體在水中行進(jìn)時(shí)的主要能耗是用來(lái)克服行進(jìn)阻力，因此進(jìn)行阻力分析和減少阻力，對(duì)于節(jié)約能源、改善工作狀況、提高工作效能具有重要意義。水下航行體行進(jìn)阻力主要由摩擦阻力和壓差阻力組成，其中摩擦阻力占總阻力的絕大部分，因此減小壁面的摩擦阻力是降低行進(jìn)阻力的關(guān)鍵。

目前，基于壁面的減阻技術(shù)主要有柔性壁減阻、涂層減阻、表面形貌減阻等，例如陳大融等人發(fā)表的『水下減阻與空蝕發(fā)生機(jī)理研究進(jìn)展，第八屆全國(guó)摩擦學(xué)大會(huì)論文集，2007』，其基本方法是通過(guò)改善壁面的流場(chǎng)環(huán)境達(dá)到減小流體和壁面摩擦阻力的目的；還有的技術(shù)是通過(guò)向水中噴射微氣泡，在壁面和流體之間形成固—?dú)狻喝啵瑥亩_(dá)到更高的減阻率。然而，噴射微氣泡技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣泡大小以及氣泡在壁面吸附程度的控制，而這兩個(gè)因素在實(shí)驗(yàn)中被證明對(duì)減阻率有很大影響。中國(guó)專利“水下高速航體電解致氣泡提高航體速度的方法和裝置”(公開(kāi)號(hào)CN?1792709A)，通過(guò)電解水產(chǎn)生空泡，在航行體外層形成氣囊，是通過(guò)整個(gè)氣囊實(shí)現(xiàn)減阻，對(duì)單個(gè)空泡的速度和大小不可控。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種陣列電極式平板壁面微空泡發(fā)生裝置，即在平板試樣壁面上產(chǎn)生微空泡的陣列電極分布技術(shù)，在壁面形成微孔狀形貌，并在微孔形貌中分布電極，通過(guò)電解水的方法產(chǎn)生微空泡，從而在壁面形成分布式的吸附空泡，達(dá)到更高的減阻率。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種陣列電極式平板壁面微空泡發(fā)生裝置，其特征在于：該裝置由頂層、中間層和底層三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述的頂層為鍍金銅層，同時(shí)作為電源正極；所述的中間層為絕緣層，在該層中加工有成陣列式分布的微孔，孔壁敷銅，并與底層相連；所述的底層為銅層，作為電源的負(fù)極。

本發(fā)明所述的絕緣層采用聚四氟乙烯；絕緣層中成陣列式分布的微孔直徑范圍為50-500微米。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)即突出性效果：①該裝置通過(guò)電解水的方法得到壁面空泡，空泡大小及其在壁面的吸附程度可控，并無(wú)需其他添加劑和涂層材料。②該裝置的陣列電極和微孔通過(guò)印刷電路工藝一次成型。③微空泡的直徑由裝置壁面的微孔工藝控制，直徑尺寸范圍50-500微米。④壁面微空泡的形成速度可控。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的陣列電極式平板壁面微空泡發(fā)生裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖(剖面圖)。

圖2是實(shí)施例中的印刷電路板的PCB版圖。

圖中：1—頂層；2—絕緣層；3—底層；4—微孔；5—頂層上的圓孔；6—電源陰極；7—電源陽(yáng)極；8—安裝孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)構(gòu)附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施和工作原理作進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明提供的陣列電極式平板壁面微空泡發(fā)生裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，該發(fā)生裝置由該裝置由頂層1、中間層2和底層3三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述的頂層為鍍金銅層，同時(shí)作為電源正極；中間層為絕緣層，可采用聚四氟乙烯作為絕緣層，其厚度可以根據(jù)應(yīng)用的需要做調(diào)整，在該層中加工有成陣列式分布的微孔4，微孔的直徑范圍為50-500微米，孔壁敷銅，并與底層相連；底層為銅層，作為電源的負(fù)極。

該裝置主要通過(guò)電解水的方法在微孔陰極上產(chǎn)生氣泡，并充滿微孔，從而減小液體和固體的減阻面積，達(dá)到減小壁面摩擦阻力的效果。

工作時(shí)，根據(jù)平板試樣的面積大小選擇合適數(shù)量的微空泡發(fā)生裝置，在試樣表面覆蓋這種陣列式壁面微空泡發(fā)生裝置；將電源的正負(fù)極分別連接到該裝置的正負(fù)極上；電源的正負(fù)極由絕緣層隔開(kāi)，在孔壁的敷銅與底層的銅層相連，成為負(fù)極；微孔的開(kāi)口處位于頂層的圓孔5處，圓孔直徑大于微孔直徑，所以頂層的陽(yáng)極和孔壁的陰極不相連。在水中工作時(shí)，由于電解水的作用，空泡將在孔壁4上吸附和聚集，并隨著電解水的進(jìn)程向表面溢出；該裝置通過(guò)0～1.5V直流電壓控制壁面微空泡的形成速度。調(diào)節(jié)直流電源的電壓，控制空泡的發(fā)生速度，直至達(dá)到最大的減阻效果。