专利名称：一种控制流体边界层内层流到紊流的转捩和流动分离的方法
技术领域：
本发明涉及一种控制流体边界层内层流到紊流的转捩和流动分离的方法。
背景技术：
传统的流体力学中，物面附近存在边界层，边界层可以分为层流和紊流两种。由于流体与物面之间无滑移，导致流体与物面之间存在很大的速度梯度，这就形成了边界层。当流体质点不相互混杂，作有条不紊的有序运动时，称为层流；当层流发展到一定阶段，流体质点相互混杂，作复杂的无规律的运动时，就是紊流。一百多年来，科学家们一直在对紊流问题进行着长期艰苦的研究，对紊流现象有了比较多的认识，但遗憾的是，到目前为止，紊流问题还没有真正解决。而且，传统的流体力学中，由于流体与物面之间没有滑移，导致流体与物面之间存在很大的速度梯度，在物面附近，沿着流向压力增大，产生负压梯度，流体速度降低，直至速度小于0，流动发生分离。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制流体边界层内层流到紊流的转捩和流动分离的方法。实现推迟或阻止边界层内层流到紊流的转捩和流动分离为了达到上述目的，本发明的构思来源于如下现实每个人可能都有过这样的经历，当你用手捧水倒在荷叶上时，水会凝结成可以伸缩滚动的水珠，风一吹，银亮的水珠会不留任何痕迹地快速滑回荷叶的最低部位。这就是“荷叶的疏水效应”。荷叶的这种疏水效应，具有非常广泛的应用前景如当建筑物表面具有疏水性能时，可以保持墙面清洁；当船体具有疏水性能时，可以减小阻力并具有防锈功能；当伞具有这种功能时，它就能一抖即干；当水管具有这种功能时，可以减小流动阻力等等。
根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案一种控制流体边界层内层流到紊流的转捩和流动分离的方法，在流体流过的物面上覆盖疏水性表面覆盖层，使流体在疏水性表面上出现滑移流动，从而控制边界层内层流到紊流的转捩或避免负压梯度，防止流动分离现象的发生。
可以只在物面上的层流到紊流的转捩点或流动分离点上游及附近区域覆盖疏水性表面覆盖层，覆盖层长度为0.00001～1倍的物面长度，达到推迟或阻止层流到紊流的转捩或流动分离。
上述疏水性表面覆盖层为涂刷于物面的疏水性涂料或油漆涂层。
上述疏水性涂料或油漆涂层为硅树脂涂料、氟硅涂料、疏水性白碳黑、疏水气相法白碳黑及丙烯酸酯等。
上述疏水性涂料或油漆涂层的厚度为1纳米～5毫米。
上述疏水性表面覆盖层也可以为覆盖于物面上的疏水性膜。
上述疏水性膜为聚四氟乙烯、疏水性的纳米结构碳膜等。
上述的物面上覆盖一层或多层疏水性膜。
某些场合下，也可以将整个物体全部由疏水性材料制成。
本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的实质性特点和优点本发明对流体流过的物面覆盖疏水性表面覆盖层，从而推迟或阻止边界层内层流到紊流的转捩与流动分离。本发明可用于各种与流体直接接触的物体表面，减小流动阻力。
图1是流体流过物面形成边界层的示意图。其中(a)图的物面无疏水性表面，(b)图的物面有局部疏水性表面，(c)图的物面全部为疏水性表面。
图2是流体流过叶片的示意图.其中(a)图的叶片表面无疏水性覆盖层，(b)图的叶片表面为疏水性表面。
具体实施例方式
本发明的实施例详述如下实施例一参见图1中的(b)图，在水流过的平板上，局部涂刷疏水性涂料或油漆，从而推迟了边界层紊流的形成，参见图1中的(c)图，在水流过的平板上，全程涂刷疏水性涂料或油漆，则防止了边界层紊流的形成。疏水性涂料或油漆硅树脂涂料、氟硅涂料、疏水性白碳黑、疏水气相法白碳黑及丙烯酸酯中任选一种。涂层厚度为1纳米-5毫米。图1中的(a)图示出水流过的无疏水性平板表面，则较早出现附面层紊流。
实施例二，参见图2中的(b)图，在风机叶片表面上覆盖一层疏水性膜，则防止在叶片背面后段出现流动分离。疏水性膜为聚四乙烯膜或疏水性纳米结构碳膜。图2中的(a)图示出风机叶片表面无疏水性膜，则在叶片背面后段出现流动分离，将降低风机效率。
权利要求
1.一种控制流体边界层内层流到紊流的转捩和流动分离的方法，在流体流过的物面上覆盖疏水性表面覆盖层，使流体在疏水性表面上出现滑移流动，从而控制边界层内层流到紊流的转捩或避免负压梯度，防止流动分离现象的发生。
2.根据权利要求1所述的控制流体边界层内层流到紊流的转捩和流动分离的方法，其特征在于只在物面上的层流到紊流的转捩点或流动分离点上游及附近区域覆盖疏水性表面覆盖层，覆盖层长度为0.00001～1倍的物面长度，达到推迟或阻止层流到紊流的转捩或流动分离。
3.根据权利要求1或2所述的控制流体边界层内层流到紊流的转捩和流动分离的方法，其特征在于疏水性表面覆盖层为涂刷于物面的疏水性涂料或油漆涂层。
4.根据权利要求3所述的控制流体边界层内层流到紊流的转捩和流动分离的方法，其特征在于疏水性涂料或油漆涂层为硅树脂涂料、氟硅涂料、疏水性白碳黑、疏水气相法白碳黑及丙烯酸酯等。
5.根据权利要求3所述的控制流体边界层内层流到紊流的转捩和流动分离的方法，其特征在于疏水性涂料或油漆涂层的厚度为1纳米～5毫米。
6.根据权利要求1或2所述的控制流体边界层内层流到紊流的转捩和流动分离的方法，其特征在于疏水性表面覆盖层为覆盖于物面上的疏水性膜。
7.根据权利要求6所述的控制流体边界层内层流到紊流的转捩和流动分离的方法，其特征在于疏水性膜为聚四氟乙烯、疏水性的纳米结构碳膜等。
8.根据权利要求6所述的控制流体边界层内层流到紊流的转捩和流动分离的方法，其特征在于物面上覆盖一层或多层疏水性膜。
9.根据权利要求1所述的控制流体边界层内层流到紊流的转捩和流动分离的方法，其特征在于只在将整个物体全部由疏水性材料制成。
全文摘要
本发明涉及一种控制流体边界层内层流到紊流的转捩和流动分离的方法。它是在流体流过的物面上覆盖疏水性表面覆盖层，使流体在疏水性表面上出现滑移流动，从而控制边界层内层流到紊流的转捩或避免负压梯度，防止流动分离现象的发生。本发明可用于各种与流体直接接触的物体表面，减小流动阻力。
文档编号F15D1/12GK1657794SQ200510024290
公开日2005年8月24日 申请日期2005年3月10日 优先权日2005年3月10日
发明者黄典贵 申请人:上海大学