[实用新型]在液体介质中具有增效、减阻功能的动态耦合仿生功能表面

说明书

技术领域

本实用新型涉及本实用新型涉及到流体力学、耦合仿生学以及流体机械，特别涉及一种在液体介质中具有增效、减阻功能的动态耦合仿生功能表面。

背景技术

自然界的生物，经过亿万年在各自生存环境中的进化优化，逐渐具有各种与生存环境高度适应的功能特性。生物通过两个或两个以上不同部分的协同作用或不同因素的耦合作用有效地实现生物的各种功能，充分展现对其生存环境的最佳适应性，这种生物耦合现象是生物界普遍存在的，是生物的固有属性，运用工程仿生学的原理与方法，实现某些特定工况下的某些功能，这不仅是工程仿生学的最基本任务，也是众多工程领域的实际需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种在液体介质中具有增效、减阻功能的动态耦合仿生功能表面，本实用新型是在耦合仿生学理论的指导下，在流体机械普遍存在效率低下的前提下，提出的一种全新的运用动态耦合功能表面提高流体机械效率的一种新方法。

本实用新型的具体目的是提供一种形态/弹性二元仿生耦合功能表面，该形态/弹性仿生耦合功能表面是由软层表面与硬质基底层组成，硬质基底层加工有仿生非光滑形态，软层表面层是高分子复合弹性膜，高分子复合弹性膜是由高分子聚合物在硬质基底层硫化而成，软层表面的硬度值小于硬质基底层的硬度值，并将这种仿生耦合功能表面应用到以液体为工作介质的流体机械上，根据工况不同，应用高分子聚合物表面的弹性变形以及高分子复合弹性膜表面与基底材料上面的仿生非光滑形态耦合对液体介质进行动态控制，不需要额外提供能源，从而实现流体机械增效，节能的目的。与其他提高流体机械效率的方法相比，本实用新型在不改变流体机械水力模型、不显著提高成本的前提下，增效节能效果显著，且具有绿色、环保的特点，适宜规模化生产。

本实用新型可选择具体流体机械过流表面作为基底层，加工非光滑表面，高分子聚合物弹性薄膜可直接硫化到流体机械过流表面。

本实用新型的形成方法如下：

(1)、选择硬质材料作为基底面层，在基底面层上加工出仿生非光滑形态；

(2)、将高分子聚合物采用旋转喷涂法直接涂覆到加工有非光滑形态的基底面层表面上，形成高分子复合弹性膜并与基底层面相结合，形成形态/材料耦合功能表面；

(3)、对步骤(2)形成的形态/材料耦合功能表面进行硫化，然后进行自然冷却。所述的硫化采用常规的硫化工艺。

所述的仿生非光滑形态的加工方法可采用电火花加工，也可利用中介介质采用浇注方法来实现；

所述的仿生非光滑形态，根据实际情况，可选择雨滴型、凹坑型、沟槽型。

所述仿生非光滑形态的尺寸，应根据实际工况和表面高分子复合弹性膜的厚度，进行确定。

对于凹坑型非光滑尺寸，可由凹坑的半径R以及凹坑之间的距离D进行控制，尺寸控制范围选择为凹坑的半径R＝1.5mm～5mm，凹坑之间的间距D＝(1～3)R；

对于截面为三角形的沟槽非光滑形态，其尺寸由三角形的底边长度L，三角形的高度H，以及小沟槽之间的距离D来控制，其中，L＝1.5mm～5mm，H＝(1～1.5)L，D＝(1～3)L；

对于形状为雨滴型非光滑形态，雨滴形状由尺寸半径不同的球体组成，尺寸小的球体的半径r＝1.5mm～5mm，尺寸大球体的半径为R＝(2～5)r，雨滴状非光形态之间的距离以两球体相切的部位之间的距离为准，D＝(2～5)r；

现有的高分子复合弹性膜形成方法是，将高分子聚合物直接喷涂在基底面层上的仿生非光滑形态上形成高分子复合弹性膜，没有硫化的过程，致使高分子复合弹性膜与硬质基底面层的仿生非光滑形态结合的不牢固，高分子复合弹性膜极易脱落。

本实用新型之方法的特殊之处是：在高分子聚合物直接喷涂在基底面层上的仿生非光滑形态上形成高分子复合弹性膜后，又在温度为70°～120°的条件下对形成的形态/材料耦合表面进行硫化，自然冷却，硫化后，高分子复合弹性膜与硬质基底面层上的仿生非光滑形态结合特别牢固，高分子复合弹性膜不会脱落。

硫化时，高分子复合弹性膜最适宜的厚度是2.1～5.0mm。

所述高分子复合弹性膜的厚度，喷涂完毕，应该使整个耦合表面看起来是光滑的，通过表面高分子复合弹性膜的弹性变形，与液体介质之间的相互作用，完成耦合表面减阻增效的功能，从而实现控制流体的作用。