Сопротивление, которое Вы чувствуете, вызвано жидким трением – или сопротивление – и это – та же самая сила, которая реагирует на лодки и другие объекты, когда они двигаются через воду. Однако мореходные суда развились в формы, нацеленные на уменьшение сопротивления, и суда разработаны с мощными двигателями, которые преодолевают сопротивление, чтобы продвинуть их быстрее и более гладко через океан.
Позже, супер гидрофобные поверхности (SHS) привлекли внимание ученых, которые видят их потенциал для сокращения жидкого трения. Но как UC, который отметил преподаватель машиностроения Санта-Барбары Паоло Луццатто-Феджиц, в то время как основная теория этих поверхностей нормальная, оставляет желать лучшего их реальная работа.Согласно Luzzatto-Fegiz, эксперту в гидрогазодинамике, SHS объединяют отражающую воду химию с микромасштабом, копирующим способом, который по существу уменьшает поверхностный контакт с водой. Однако они, оказалось, были ненадежны в лучшем случае часто функционируя беспорядочно или не работая вообще.
И теперь, в исследовании, подчеркнутом на Слушаниях Национальной академии наук, Luzzatto-Fegiz и его коллеги в Кембриджском университете и Манчестерском университете определили основную причину почему.Теоретически, супер гидрофобные поверхности эффективные, потому что они содержат крошечные воздушные ямы. Воздух намного менее вязкий, чем вода, Лаззэтто-Феджиз отметил, таким образом уменьшив количество воды, которая вступает в контакт с поверхностью, уменьшит получающееся сопротивление.
Выгода уменьшения лобовое сопротивление непосредственно касается экономии топлива: Чем менее жидкое трение, которое испытывает судно, тем меньше топлива необходимо, чтобы преодолеть сопротивление. И потому что увеличения сопротивления со скоростью, быстрее судно перемещает больше топлива, это требует, чтобы противодействовать получающемуся сопротивлению.Однако в тестировании гипотезы, которая, в теории, могла показать значительное сокращение в одежде представителя противоположного пола, результаты другими исследователями часто не находили сокращения вообще, и в некоторых случаях, демонстрировали немного худшую работу.Это было проблемой, у которой были ученые, царапающие их головы – пока не пришло в голову Luzzatto-Fegiz, что сурфактанты могли быть виноваты.
В то время как исследователи перед ним определили эту возможность, он и его команда были первыми, чтобы продемонстрировать понятие. Согласно числовым моделированиям и экспериментам, которыми плотно управляют, Luzzatto-Fegiz, и др., нашел, что даже крошечных незначительных количеств сурфактантов – комплексов, которые снижают поверхностное натяжение, такое как мыло – было достаточно, чтобы вызвать неустойчивость в потоке воды вдоль его взаимодействия с поверхностью, закончившись в одежде представителя противоположного пола.Тайна решена. Но проблема может быть решена?
«Ключевая идея состоит в том, что никакая жидкость не чиста», сказал Лаззэтто-Феджиз. Океаны и реки содержат множества естественных и сделанных человеком сурфактантов. Но может быть возможно проектировать выход из проблемы, изменив копирование SHS, сказал он. Например, создавая более длинные углубления в копировании выровнял с потоком воды, наращивание сурфактанта, которое предотвращает сокращение, тормозит поверхность, накапливается дальше в конечном счете интерфейса, уменьшая часть сопротивления.
Результаты этого эксперимента могли предоставить ценное знание тем, кто проектирует океанские суда глазом к топливной экономичности. Особенно в тени нависших инструкций, которые потребуют, чтобы глобальный флот торговых судов купил более дорогое но более чистое горящее топливо, уменьшение лобовое сопротивление могло иметь большое значение для подавления затрат для судов, которые сгибают мировые океаны, а также уменьшают побочные продукты загрязнения горения ископаемого топлива.
«Уменьшающие лобовое сопротивление сокращения на расходе топлива и поэтому на эмиссии – включая зеленовато-желтые соединения и CO2», сказал Лаззэтто-Феджиз.