仿生疏水表面减阻机理

仿生疏水表面是一种潜在的兼具防污功能的水下减阻新方法，也是减阻领域的研究热点之一，未来有望广泛应用于海洋工程和其他相关领域。本书整理了作者十余年在疏水表面减阻方面取得的一系列研究成果，不仅从微观角度深入揭示了疏水表面滑移效应的分子动力学机理，而且系统分析了仿生疏水表面气膜流失与减阻失效的机制，还提出多种可能的气膜维持新方法。本书有助于国内同行快速掌握仿生疏水表面减阻机理，不仅可供船舶与海洋工程领域的工程技术人员和管理人员参考，还可供高等学校船舶与海洋工程、兵器科学与技术等相关学科的师生参考。

前言
第1章仿生疏水表面概述1
1.1减阻研究意义1
1.2疏水表面简介4
1.2.1疏水表面定义4
1.2.2疏水表面润湿原理6
1.3疏水表面制备与应用8
1.3.1疏水表面制备方法8
1.3.2疏水表面应用10
1.4本书内容安排13
参考文献15
第2章固体表面分子动力学模拟方法20
2.1引言20
2.2分子动力学模拟基本原理20
2.2.1原子运动方程20
2.2.2控制方程的数值解法21
2.2.3分子动力学模拟基本流程25
2.3固体表面微观流动模拟算例27
2.4固体表面附近液体的三维结构32
2.4.1分子动力学模拟模型32
2.4.2固液界面处液体三维结构分析34
2.5固体表面黏附强度模拟37
2.5.1分子动力学模拟模型37
2.5.2固体表面黏附过程39
2.5.3黏附强度与氧-碳相互作用强度的关系41
2.6结束语44
参考文献44
第3章固液相互作用对滑移和流场特性影响的模拟研究48
3.1引言48
3.2分子动力学模拟模型49
3.2.1纳米通道内液体流动的分子动力学模型49
3.2.2考虑固体内部热传递的固液界面分子动力学模型50
3.3固液相互作用强度对流动滑移和流场的影响52
3.3.1流体的密度和速度分布特性52
3.3.2固液界面流动滑移特性57
3.3.3强、弱固液相互作用强度下的滑移机理58
3.4黏性热和固液相互作用强度对流场和滑移的综合影响64
3.4.1速度和温度分布特性64
3.4.2不同固液相互作用下的滑移特性68
3.4.3不同固液相互作用和剪切率下的黏性加热效应70
3.4.4基于近壁面液体三维结构的滑移产生机理71
3.5结束语73
参考文献74
第4章纳米结构上气液界面对滑移和流场特性影响的模拟研究77
4.1引言77
4.2纳米结构上两相流分子动力学模拟模型77
4.3低剪切率下气液界面对滑移和流场的影响79
4.3.1气液两相共存压强和表面张力的计算79
4.3.2气液界面对流场的影响85
4.3.3气液界面对应力和滑移特性的影响88
4.4高剪切率下气液界面的形态演化和应力释放94
4.5结束语96
参考文献97
第5章疏水性对流场特性影响的实验研究98
5.1引言98
5.2实验方法98
5.2.1平板流场测试方法98
5.2.2圆柱尾流场测试方法102
5.3疏水平板边界层流场103
5.3.1平均速度剖面103
5.3.2湍流度分布104
5.3.3滑移特性105
5.3.4涡结构106
5.4疏水圆柱尾流场111
5.4.1流场时域特征111
5.4.2流场频域特征113
5.4.3分离角117
5.5疏水表面气液界面形态与流失现象118
5.6结束语121
参考文献121
第6章疏水表面气膜驻留过程的模拟研究124
6.1引言124
6.2疏水表面气膜驻留过程模拟方法124
6.2.1格子Boltzmann方法124
6.2.2壁面润湿性的表征128
6.3疏水表面气层特性132
6.3.1静态特性132
6.3.2动态特性134
6.4疏水表面气泡特性139
6.4.1静态特性139
6.4.2动态特性142
6.5结束语149
参考文献150
第7章基于动态补气的疏水表面气液界面维持方法实验研究152
7.1引言152
7.2基于小量通气的气液界面维持方法152
7.2.1实验方法152
7.2.2气膜形态153
7.2.3减阻效果155
7.3基于电解的气液界面维持方法159
7.3.1电解原理159
7.3.2电解实验方法163
7.3.3电极极距对电解特性的影响164
7.3.4电极对数对电解特性的影响166
7.3.5产气量与产气效率168
7.4疏水表面电解补气减阻性能172
7.4.1实验系统172
7.4.2电解补气布置方法173
7.4.3含盐量、电压对电解气量的响应174
7.4.4电解补气状态下减阻性能174
7.5结束语177
参考文献177
第8章润湿阶跃平板表面间断气液界面变形破坏的实验研究179
8.1引言179
8.2基于润湿阶跃效应的毫米尺度气液界面封存方法179
8.3毫米尺度气液界面剪切变形行为180
8.3.1实验方法180
8.3.2波状变形产生规律182
8.3.3前、后接触角的变化规律184
8.4气液界面破坏行为188
8.4.1气膜破坏过程定义188
8.4.2润湿梯度对气液界面封存能力的影响189
8.4.3气膜尺寸对气液界面封存能力的影响190
8.5结束语190
参考文献191
第9章润湿阶跃圆柱表面连续气膜对阻力和流场影响的实验研究192
9.1引言192
9.2实验条件与方法192
9.2.1实验设备与模型192
9.2.2阻力测试方法194
9.2.3实验工况与数据处理196
9.3亲疏水相间圆柱表面连续气液界面稳定性197
9.3.1连续气液界面静态稳定性及演化规律197
9.3.2连续气液界面动态稳定性201
9.4连续气液界面减阻规律202
9.4.1气液界面阻力随雷诺数变化规律202
9.4.2减阻率随气液界面几何参数变化规律205
9.5连续气液界面对流场影响规律207
9.5.1横截面速度剖面207
9.5.2纵剖面涡量场分布208
9.5.3阻力来源210
9.5.4连续气液界面减阻机理216
9.5.5临界雷诺数217
9.6结束语221
参考文献221
第10章润湿阶跃圆柱表面间断气膜对阻力和流场影响的实验研究222
10.1引言222
10.2实验条件与方法222
10.3亲疏水相间圆柱表面间断气液界面稳定性222
10.3.1间断气液界面静态稳定性222
10.3.2间断气液界面动态稳定性223
10.4间断气液界面对阻力影响规律224
10.4.1不同长度间断气液界面阻力随雷诺数变化规律224
10.4.2不同长度间断气液界面增阻率随雷诺数变化规律228
10.5间断气液界面的变形及其对流场的影响规律229
10.5.1间断气液界面的变形规律229
10.5.2横截面速度剖面233
10.5.3纵剖面涡量场的分布235
10.5.4凹转子表面间断气液界面的阻力特性236
10.5.5间断气环气液界面特性238
10.6结束语238
参考文献239
后记240