[發明專利]在液體介質中具有增效、減阻功能的動態耦合仿生功能表面

無效

• 申請號: 201210038948.7
• 申請日: 2012-02-21
• 公開（公告）號: CN102536972A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 田麗梅;任露泉;商延賡;韓志武;卜兆國;盧秀泉;高志樺
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F15D1/00
• 分類號: F15D1/00
• 代理公司: 長春市四環專利事務所 22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本發明涉及本發明涉及到流體力學、耦合仿生學以及流體機械，特別涉及一種在液體介質中具有增效、減阻功能的動態耦合仿生功能表面。

背景技術

自然界的生物，經過億萬年在各自生存環境中的進化優化，逐漸具有各種與生存環境高度適應的功能特性。生物通過兩個或兩個以上不同部分的協同作用或不同因素的耦合作用有效地實現生物的各種功能，充分展現對其生存環境的最佳適應性，這種生物耦合現象是生物界普遍存在的，是生物的固有屬性，運用工程仿生學的原理與方法，實現某些特定工況下的某些功能，這不僅是工程仿生學的最基本任務，也是眾多工程領域的實際需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種在液體介質中具有增效、減阻功能的動態耦合仿生功能表面，本發明是在耦合仿生學理論的指導下，在流體機械普遍存在效率低下的前提下，提出的一種全新的運用動態耦合功能表面提高流體機械效率的一種新方法。

本發明的具體目的是提供一種形態/彈性二元仿生耦合功能表面，該形態/彈性仿生耦合功能表面是由軟層表面與硬質基底層組成，硬質基底層加工有仿生非光滑形態，軟層表面層是高分子復合彈性膜，高分子復合彈性膜是由高分子聚合物在硬質基底層硫化而成，軟層表面的硬度值小于硬質基底層的硬度值，并將這種仿生耦合功能表面應用到以液體為工作介質的流體機械上，根據工況不同，應用高分子聚合物表面的彈性變形以及高分子復合彈性膜表面與基底材料上面的仿生非光滑形態耦合對液體介質進行動態控制，不需要額外提供能源，從而實現流體機械增效，節能的目的。與其他提高流體機械效率的方法相比，本發明在不改變流體機械水力模型、不顯著提高成本的前提下，增效節能效果顯著，且具有綠色、環保的特點，適宜規模化生產。

本發明可選擇具體流體機械過流表面作為基底層，加工非光滑表面，高分子聚合物彈性薄膜可直接硫化到流體機械過流表面。

本發明的形成方法如下：

(1)、選擇硬質材料作為基底面層，在基底面層上加工出仿生非光滑形態；

(2)、將高分子聚合物采用旋轉噴涂法直接涂覆到加工有非光滑形態的基底面層表面上，形成高分子復合彈性膜并與基底層面相結合，形成形態/材料耦合功能表面；

(3)、對步驟(2)形成的形態/材料耦合功能表面進行硫化，然后進行自然冷卻。所述的硫化采用常規的硫化工藝。

所述的仿生非光滑形態的加工方法可采用電火花加工，也可利用中介介質采用澆注方法來實現；

所述的仿生非光滑形態，根據實際情況，可選擇雨滴型、凹坑型、溝槽型。

所述仿生非光滑形態的尺寸，應根據實際工況和表面高分子復合彈性膜的厚度，進行確定。

對于凹坑型非光滑尺寸，可由凹坑的半徑R以及凹坑之間的距離D進行控制，尺寸控制范圍選擇為凹坑的半徑R＝1.5mm～5mm，凹坑之間的間距D＝(1～3)R；

對于截面為三角形的溝槽非光滑形態，其尺寸由三角形的底邊長度L，三角形的高度H，以及小溝槽之間的距離D來控制，其中，L＝1.5mm～5mm，H＝(1～1.5)L，D＝(1～3)L；

對于形狀為雨滴型非光滑形態，雨滴形狀由尺寸半徑不同的球體組成，尺寸小的球體的半徑r＝1.5mm～5mm，尺寸大球體的半徑為R＝(2～5)r，雨滴狀非光形態之間的距離以兩球體相切的部位之間的距離為準，D＝(2～5)r；

現有的高分子復合彈性膜形成方法是，將高分子聚合物直接噴涂在基底面層上的仿生非光滑形態上形成高分子復合彈性膜，沒有硫化的過程，致使高分子復合彈性膜與硬質基底面層的仿生非光滑形態結合的不牢固，高分子復合彈性膜極易脫落。

本發明之方法的特殊之處是：在高分子聚合物直接噴涂在基底面層上的仿生非光滑形態上形成高分子復合彈性膜后，又在溫度為70°～120°的條件下對形成的形態/材料耦合表面進行硫化，自然冷卻，硫化后，高分子復合彈性膜與硬質基底面層上的仿生非光滑形態結合特別牢固，高分子復合彈性膜不會脫落。

硫化時，高分子復合彈性膜最適宜的厚度是2.1～5.0mm。

所述高分子復合彈性膜的厚度，噴涂完畢，應該使整個耦合表面看起來是光滑的，通過表面高分子復合彈性膜的彈性變形，與液體介質之間的相互作用，完成耦合表面減阻增效的功能，從而實現控制流體的作用。