UCLA Ingeniører Utvikle Aller Første Dra-Reduksjon Teknologi For Båter
Kredittkort-sized «superhydrophobic» overflaten har mikroskopiske spor som fanger luft og redusere vann friksjon med 30%.
et forskerteam fra Ucla Samueli School Of Engineering har vist at en spesialdesignet overflate er i stand til å redusere friksjon fra rennende vann med nesten en tredjedel. Dette ble gjort i en første vellykket båt test på åpent vann I Marina Del Rey, California.
i en studie publisert I Physical Review Applied, sier forskerne at prøveflaten til slutt kan skaleres opp for å dekke skrog av båter og skip for å hjelpe dem å kutte gjennom vann med mindre motstand.
«effekten ligner en air hockey puck som glir over bordet med letthet, «sa studieleder Chang-Jin» CJ » Kim, en fremtredende professor i mekanisk og romfartsteknikk ved UCLA Samueli. «Nedgangen i drag vil føre til redusert maritim drivstoffbruk og utslipp.»
ideen om å bruke en uvanlig vannavstøtende eller» superhydrophobic » overflate på båtskrog har eksistert i omtrent to tiår, med konseptet som viser første løfte i laboratorieeksperimenter. I stedet for å strømme direkte over en solid overflate, vil vann strømme over en liten film av luft fanget mellom vann og den superhydrophobic overflaten.
«Superhydrophobic overflater ble vist å opprettholde en tynn film av luft, kalt en plastron, under vannkanalforsøk i mange laboratorier,» Sa Kim. «Denne plastronen ville imidlertid uforklarlig forsvinne når de samme overflatene ble testet i åpent vann utenfor laboratoriet. Det viktigste gjennombruddet som ble rapportert i vår studie er at vi har lykkes i å holde plastronen gjennom felttestene og bekreftet reduksjonen i dra på en båt i åpent sjøvann.»
Globale studier har anslått at havet lasteskip står for om lag 12% av verdens transport energibruk, og om lag 15% av globale lystgass-og svovel-oksid gassutslipp.
«friksjonsdraget til vannfartøy utgjør betydelige deler av det globale energiforbruket og gassutslippene, så selv en mild reduksjon av luftmotstanden vil gi en betydelig innvirkning for verden,» Sa Kim, på de langsiktige motivasjonene bak studien.
forskerne erstattet en liten del av en 13-fots motorbåts underside med en testbed. Det inkluderte et kredittkort størrelse silisiumskive med spesialdesignede mikroskopiske spor som er en tiendedel av en millimeter i dybden kjører på langs fra kjøreretningen. Sporene behandles Med Teflon for å avstøte vann og fordeles en tiendedel av en millimeter fra hverandre.
Designet for å maksimere fangst av luft, resulterte deres superhydrophobic overflate i en 30% reduksjon i friksjon under forsøkene. Testene ble utført på åpent sjøvann med hastigheter mellom 6 og 12 miles per time. Inntil DENNE ucla-studien hadde en superhydrofob overflate aldri blitt bekreftet for å redusere dra i et realistisk åpent vannmiljø.
» hovedutfordringen for oss var å utvikle et eksperiment som ville representere de virkelige forholdene mot en båt mens du bruker en liten prøve vi kan produsere i skolens forskningslaboratorium,» Sa Kim, som også ER UCLA Volgenau Endowed Chair Of Engineering. «Siden ingenting slikt eksisterte, måtte vi utvikle alt selv .»
i tillegg til å ettermontere en liten del av båtens skrog og utvikle et undervannskamerasystem for å registrere forsøkene, måtte teamet også lage en kompakt strømningssensor, en tre år lang utviklingsprosess som resulterte i eget publisert papir.
For Kim kulminerte den vellykkede demonstrasjonen mange års forskning. Hans gruppe jobber allerede med å produsere den superhydrophobic overflaten for å dekke en hel underside av en båt for videre eksperimenter. I tillegg til båter og skip, Sa Kim at overflaten også kunne brukes til å redusere friksjonen av væsker som strømmer gjennom rør.
studiens hovedforfatter var UCLA mechanical engineering doktorgradsstudent Muchen (Mitch) Xu. De andre forfatterne inkluderte Andrew Grabowski, Ning Yu, Gintare Kerezyte og Jeong-Won Lee — alle nåværende eller tidligere medlemmer AV Uclas Mikro-Og Nanoproduksjonslaboratorium, Som Kim leder, Samt Byron Pfeifer, en tekniker ved UCLA Marine Aquatic Center.
studien ble støttet Av Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), National Science Foundation (NSF) og Office Of Naval Research (ONR).