«Правильно спроектированная шероховатая поверхность, вопреки нашей интуиции, может уменьшить сопротивление поверхностному трению», — сказал Джон Ким, профессор кафедры механической и аэрокосмической техники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Ким и его коллеги смоделировали поток жидкости между двумя поверхностями, покрытыми крошечными выступами. Они обнаружили, что даже в турбулентных условиях шероховатая поверхность снижает сопротивление, создаваемое трением текущей воды.
Исследователи сообщают о своих выводах в журнале Physics of Fluids.Идея использования шероховатой поверхности для уменьшения лобового сопротивления изучалась и раньше, но привела к ограниченному успеху. Совсем недавно ученые начали экспериментировать с шероховатыми поверхностями, которые также чрезвычайно трудно смачивать, это свойство называется супергидрофобностью. Теоретически это означает, что поверхности могут захватывать пузырьки воздуха, создавая гидродинамическую подушку, но на практике они часто теряют свою воздушную подушку в хаотических потоках.
Команда ULCA решила смоделировать супергидрофобный дизайн поверхности, который, как уже наблюдала другая группа исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, может удерживать воздушные карманы даже в турбулентных условиях. Поверхность была покрыта небольшими гребнями, расположенными по направлению потока.Исследователи смоделировали как ламинарные, так и турбулентные потоки и неожиданно обнаружили, что уменьшение сопротивления больше в турбулентных условиях. Ким объяснил, что нерегулярные колебания и закрученные вихри в турбулентных потоках на гладких поверхностях обычно увеличивают сопротивление.
Однако воздушная подушка, созданная супергидрофобными гребнями, изменила турбулентные структуры у поверхности, уменьшив их влияние, сказал он.Команда ожидает, что результаты их численного моделирования помогут в дальнейшем усовершенствовании конструкции шероховатых поверхностей, снижающих сопротивление.
В дальнейшем такие поверхности могут покрывать нижнюю часть грузовых и пассажирских судов. «Это может привести к значительной экономии энергии и сокращению выбросов парниковых газов», — сказал Ким.