仿鯊魚皮減阻微溝槽滾壓復(fù)制技術(shù)研究.pdf

1、目前，隨著能源問題日益嚴(yán)重，減阻技術(shù)已經(jīng)成為節(jié)約能源的一項(xiàng)新技術(shù)，模仿鯊魚的盾甲鱗結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)減阻也成為減阻研究的一個(gè)熱點(diǎn)。限于鯊魚皮結(jié)構(gòu)復(fù)雜、復(fù)制困難、制造精度低、生產(chǎn)成本高的缺點(diǎn)，大面積復(fù)制出與真實(shí)鯊魚相似且具有較佳減阻效果的仿鯊魚皮微溝槽結(jié)構(gòu)仍是尚待解決的難題和挑戰(zhàn)。本文針對這一問題，展開如下研究:
　　首先，根據(jù)真實(shí)鯊魚皮微溝槽結(jié)構(gòu)，簡化得到仿鯊魚皮微溝槽，并對微溝槽的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，繼而對優(yōu)化后的微溝槽進(jìn)行減阻分析，結(jié)

2、果表明:仿鯊魚皮微溝槽表面具有明顯的減阻效果，溝槽減阻的主要原因是微溝槽附近流體流動(dòng)平緩以及微溝槽底部二次渦的存在。
　　其次，根據(jù)疏水基本理論模型，結(jié)合微溝槽的結(jié)構(gòu)特征建立了針對仿鯊魚皮微溝槽結(jié)構(gòu)的Cassie修正型方程;實(shí)驗(yàn)所測得實(shí)際接觸角與根據(jù)Cassie修正型方程計(jì)算得到的理論接觸角之間的誤差小于3％，證明了本文所提出Cassie修正方程的有效性和正確性。通過理論和實(shí)驗(yàn)對比，分析得出仿鯊魚皮微溝槽的疏水機(jī)理:微溝槽所具有的

3、類似鱗片的形狀和微溝槽結(jié)構(gòu)改變了固-液接觸界面，使得固-液接觸變?yōu)楣?液、氣-液復(fù)合接觸，減弱了液體在微溝槽表面上的浸潤性，使疏水性加強(qiáng)。
　　然后，綜合考慮仿鯊魚皮微溝槽模具的尺寸大小、加工難易程度及加工成本，分別采用高速銑削和UV-LIGA兩種加工方法得到具有仿鯊魚皮微溝槽的滾壓成型金屬模具。加工結(jié)果表明:UV-LIGA加工得到的鎳模具尺寸基本接近于真實(shí)魚皮的溝槽尺寸，且結(jié)構(gòu)輪廓清晰、鑄層緊密。高速銑削加工得到的模具結(jié)構(gòu)輪廓清

4、晰，表面粗糙度較低。兩種工藝方法得到的金屬模具尺寸結(jié)構(gòu)都已達(dá)到要求，滿足實(shí)驗(yàn)的需要，驗(yàn)證了兩種加工方法制作仿鯊魚皮微溝槽金屬模具的可行性。為保證仿鯊魚皮微溝槽的減阻效果，UV-LIGA工藝得到的鎳模具更適合作為滾壓成型的金屬模具。
　　最后，介紹了滾壓成型實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)材料，調(diào)整成型工藝參數(shù)，完成PVC和PET塑料表面仿鯊魚皮微溝槽的滾壓成型實(shí)驗(yàn)，研究了模具溫度、滾筒速度、壓力對成型結(jié)果的影響。結(jié)果表明:滾壓成型是