專利名稱：一種控制流體邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種控制流體邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的流體力學中，物面附近存在邊界層，邊界層可以分為層流和紊流兩種。由于流體與物面之間無滑移，導致流體與物面之間存在很大的速度梯度，這就形成了邊界層。當流體質(zhì)點不相互混雜，作有條不紊的有序運動時，稱為層流；當層流發(fā)展到一定階段，流體質(zhì)點相互混雜，作復雜的無規(guī)律的運動時，就是紊流。一百多年來，科學家們一直在對紊流問題進行著長期艱苦的研究，對紊流現(xiàn)象有了比較多的認識，但遺憾的是，到目前為止，紊流問題還沒有真正解決。而且，傳統(tǒng)的流體力學中，由于流體與物面之間沒有滑移，導致流體與物面之間存在很大的速度梯度，在物面附近，沿著流向壓力增大，產(chǎn)生負壓梯度，流體速度降低，直至速度小于0，流動發(fā)生分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種控制流體邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離的方法。實現(xiàn)推遲或阻止邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離為了達到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思來源于如下現(xiàn)實每個人可能都有過這樣的經(jīng)歷，當你用手捧水倒在荷葉上時，水會凝結(jié)成可以伸縮滾動的水珠，風一吹，銀亮的水珠會不留任何痕跡地快速滑回荷葉的最低部位。這就是“荷葉的疏水效應”。荷葉的這種疏水效應，具有非常廣泛的應用前景如當建筑物表面具有疏水性能時，可以保持墻面清潔；當船體具有疏水性能時，可以減小阻力并具有防銹功能；當傘具有這種功能時，它就能一抖即干；當水管具有這種功能時，可以減小流動阻力等等。
根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種控制流體邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離的方法，在流體流過的物面上覆蓋疏水性表面覆蓋層，使流體在疏水性表面上出現(xiàn)滑移流動，從而控制邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩或避免負壓梯度，防止流動分離現(xiàn)象的發(fā)生。
可以只在物面上的層流到紊流的轉(zhuǎn)捩點或流動分離點上游及附近區(qū)域覆蓋疏水性表面覆蓋層，覆蓋層長度為0.00001～1倍的物面長度，達到推遲或阻止層流到紊流的轉(zhuǎn)捩或流動分離。
上述疏水性表面覆蓋層為涂刷于物面的疏水性涂料或油漆涂層。
上述疏水性涂料或油漆涂層為硅樹脂涂料、氟硅涂料、疏水性白碳黑、疏水氣相法白碳黑及丙烯酸酯等。
上述疏水性涂料或油漆涂層的厚度為1納米～5毫米。
上述疏水性表面覆蓋層也可以為覆蓋于物面上的疏水性膜。
上述疏水性膜為聚四氟乙烯、疏水性的納米結(jié)構(gòu)碳膜等。
上述的物面上覆蓋一層或多層疏水性膜。
某些場合下，也可以將整個物體全部由疏水性材料制成。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的實質(zhì)性特點和優(yōu)點本發(fā)明對流體流過的物面覆蓋疏水性表面覆蓋層，從而推遲或阻止邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩與流動分離。本發(fā)明可用于各種與流體直接接觸的物體表面，減小流動阻力。


圖1是流體流過物面形成邊界層的示意圖。其中(a)圖的物面無疏水性表面，(b)圖的物面有局部疏水性表面，(c)圖的物面全部為疏水性表面。
圖2是流體流過葉片的示意圖.其中(a)圖的葉片表面無疏水性覆蓋層，(b)圖的葉片表面為疏水性表面。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例詳述如下實施例一參見圖1中的(b)圖，在水流過的平板上，局部涂刷疏水性涂料或油漆，從而推遲了邊界層紊流的形成，參見圖1中的(c)圖，在水流過的平板上，全程涂刷疏水性涂料或油漆，則防止了邊界層紊流的形成。疏水性涂料或油漆硅樹脂涂料、氟硅涂料、疏水性白碳黑、疏水氣相法白碳黑及丙烯酸酯中任選一種。涂層厚度為1納米-5毫米。圖1中的(a)圖示出水流過的無疏水性平板表面，則較早出現(xiàn)附面層紊流。
實施例二，參見圖2中的(b)圖，在風機葉片表面上覆蓋一層疏水性膜，則防止在葉片背面后段出現(xiàn)流動分離。疏水性膜為聚四乙烯膜或疏水性納米結(jié)構(gòu)碳膜。圖2中的(a)圖示出風機葉片表面無疏水性膜，則在葉片背面后段出現(xiàn)流動分離，將降低風機效率。
權(quán)利要求
1.一種控制流體邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離的方法，在流體流過的物面上覆蓋疏水性表面覆蓋層，使流體在疏水性表面上出現(xiàn)滑移流動，從而控制邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩或避免負壓梯度，防止流動分離現(xiàn)象的發(fā)生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制流體邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離的方法，其特征在于只在物面上的層流到紊流的轉(zhuǎn)捩點或流動分離點上游及附近區(qū)域覆蓋疏水性表面覆蓋層，覆蓋層長度為0.00001～1倍的物面長度，達到推遲或阻止層流到紊流的轉(zhuǎn)捩或流動分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制流體邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離的方法，其特征在于疏水性表面覆蓋層為涂刷于物面的疏水性涂料或油漆涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制流體邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離的方法，其特征在于疏水性涂料或油漆涂層為硅樹脂涂料、氟硅涂料、疏水性白碳黑、疏水氣相法白碳黑及丙烯酸酯等。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制流體邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離的方法，其特征在于疏水性涂料或油漆涂層的厚度為1納米～5毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制流體邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離的方法，其特征在于疏水性表面覆蓋層為覆蓋于物面上的疏水性膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制流體邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離的方法，其特征在于疏水性膜為聚四氟乙烯、疏水性的納米結(jié)構(gòu)碳膜等。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制流體邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離的方法，其特征在于物面上覆蓋一層或多層疏水性膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制流體邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離的方法，其特征在于只在將整個物體全部由疏水性材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制流體邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩和流動分離的方法。它是在流體流過的物面上覆蓋疏水性表面覆蓋層，使流體在疏水性表面上出現(xiàn)滑移流動，從而控制邊界層內(nèi)層流到紊流的轉(zhuǎn)捩或避免負壓梯度，防止流動分離現(xiàn)象的發(fā)生。本發(fā)明可用于各種與流體直接接觸的物體表面，減小流動阻力。
文檔編號F15D1/12GK1657794SQ200510024290
公開日2005年8月24日 申請日期2005年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月10日
發(fā)明者黃典貴 申請人:上海大學