水凝胶减阻效应及其厚度影响研究
作者单位：西北工业大学航海学院 中国科学院兰州化学物理研究所
会议名称：《第十二届全国流体力学学术会议》
会议日期：2022年
学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）]
摘 要：受到海豚皮肤的流体减阻的启发,亲水性表面逐渐被学者应用于减阻领域的研究。相对于传统的超疏水表面等气层减阻技术,亲水性表面不再利用气层隔绝固-液界面的原理,因此规避了气层减阻的热力学不稳定性,具有了长期持久减阻的可能。采用多巴胺共沉积法在玻璃壁面上制备了不同厚度的亲水性凝胶层,测试了在Couette流场中水凝胶减阻效应及其厚度影响。以多巴胺和亲水性单体甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐在pH为8.5的tris溶液中共沉积而在玻璃基底上形成凝胶层,分别沉积1、2、3次得到厚度为100、200、300 nm的水凝胶层。基于RS6000型流变仪,在凝胶表面构建直径为35 mm、间隙为1 mm的Couette流场,测量转子所受剪切力的变化而得到水凝胶的减阻效应。实验结果表明,纳米尺度范围内,多巴胺共沉积法制得的凝胶随着厚度的增加,接触角从41°逐渐降低到0,亲水性逐渐提高;同时减阻效果从增阻变为减阻,增阻和减阻的临界值在200-300 nm之间。因此,水凝胶厚度是影响其减阻作用的关键参数,在厚度超过临界值后水凝胶才开始具有减阻效应,为水凝胶减阻的应用与水凝胶减阻机理的研究提供了参考。