●前言
第1章仿生疏水表面概述1
1.1減阻研究意義1
1.2疏水表面簡介4
1.2.1疏水表面定義4
1.2.2疏水表面潤濕原理6
1.3疏水表面制備與應用8
1.3.1疏水表面制備方法8
1.3.2疏水表面應用10
1.4本書內容安排13
參考文獻15
第2章固體表面分子動力學模擬方法20
2.1引言20
2.2分子動力學模擬基本原理20
2.2.1原子運動方程20
2.2.2控制方程的數值解法21
2.2.3分子動力學模擬基本流程25
2.3固體表面微觀流動模擬算例27
2.4固體表面附近液體的三維結構32
2.4.1分子動力學模擬模型32
2.4.2固液界面處液體三維結構分析34
2.5固體表面黏附強度模擬37
2.5.1分子動力學模擬模型37
2.5.2固體表面黏附過程39
2.5.3黏附強度與氧-碳相互作用強度的關繫41
2.6結束語44
參考文獻44
第3章固液相互作用對滑移和流場特性影響的模擬研究48
3.1引言48
3.2分子動力學模擬模型49
3.2.1納米通道內液體流動的分子動力學模型49
3.2.2考慮固體內部熱傳遞的固液界面分子動力學模型50
3.3固液相互作用強度對流動滑移和流場的影響52
3.3.1流體的密度和速度分布特性52
3.3.2固液界面流動滑移特性57
3.3.3強、弱固液相互作用強度下的滑移機理58
3.4黏性熱和固液相互作用強度對流場和滑移的綜合影響64
3.4.1速度和溫度分布特性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熱效應70
3.4.4基於近壁面液體三維結構的滑移產生機理71
3.5結束語73
參考文獻74
第4章納米結構上氣液界面對滑移和流場特性影響的模擬研究77
4.1引言77
4.2納米結構上兩相流分子動力學模擬模型77
4.3低剪切率下氣液界面對滑移和流場的影響79
4.3.1氣液兩相共存壓強和表面張力的計算79
4.3.2氣液界面對流場的影響85
4.3.3氣液界面對應力和滑移特性的影響88
4.4高剪切率下氣液界面的形態演化和應力釋放94
4.5結束語96
參考文獻97
第5章疏水性對流場特性影響的實驗研究98
5.1引言98
5.2實驗方法98
5.2.1平板流場測試方法98
5.2.2圓柱尾流場測試方法102
5.3疏水平板邊界層流場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渦結構106
5.4疏水圓柱尾流場111
5.4.1流場時域特征111
5.4.2流場頻域特征113
5.4.3分離角117
5.5疏水表面氣液界面形態與流失現像118
5.6結束語121
參考文獻121
第6章疏水表面氣膜駐留過程的模擬研究124
6.1引言124
6.2疏水表面氣膜駐留過程模擬方法124
6.2.1格子Boltzmann方法124
6.2.2壁面潤濕性的表征128
6.3疏水表面氣層特性132
6.3.1靜態特性132
6.3.2動態特性134
6.4疏水表面氣泡特性139
6.4.1靜態特性139
6.4.2動態特性142
6.5結束語149
參考文獻150
第7章基於動態補氣的疏水表面氣液界面維持方法實驗研究152
7.1引言152
7.2基於小量通氣的氣液界面維持方法152
7.2.1實驗方法152
7.2.2氣膜形態153
7.2.3減阻效果155
7.3基於電解的氣液界面維持方法159
7.3.1電解原理159
7.3.2電解實驗方法163
7.3.3電極極距對電解特性的影響164
7.3.4電極對數對電解特性的影響166
7.3.5產氣量與產氣效率168
7.4疏水表面電解補氣減阻性能172
7.4.1實驗繫統172
7.4.2電解補氣布置方法173
7.4.3含鹽量、電壓對電解氣量的響應174
7.4.4電解補氣狀態下減阻性能174
7.5結束語177
參考文獻177
第8章潤濕階躍平板表面間斷氣液界面變形破壞的實驗研究179
8.1引言179
8.2基於潤濕階躍效應的毫米尺度氣液界面封存方法179
8.3毫米尺度氣液界面剪切變形行為180
8.3.1實驗方法180
8.3.2波狀變形產生規律182
8.3.3前、後接觸角的變化規律184
8.4氣液界面破壞行為188
8.4.1氣膜破壞過程定義188
8.4.2潤濕梯度對氣液界面封存能力的影響189
8.4.3氣膜尺寸對氣液界面封存能力的影響190
8.5結束語190
參考文獻191
第9章潤濕階躍圓柱表面連續氣膜對阻力和流場影響的實驗研究192
9.1引言192
9.2實驗條件與方法192
9.2.1實驗設備與模型192
9.2.2阻力測試方法194
9.2.3實驗工況與數據處理196
9.3親疏水相間圓柱表面連續氣液界面穩定性197
9.3.1連續氣液界面靜態穩定性及演化規律197
9.3.2連續氣液界面動態穩定性201
9.4連續氣液界面減阻規律202
9.4.1氣液界面阻力隨雷諾數變化規律202
9.4.2減阻率隨氣液界面幾何參數變化規律205
9.5連續氣液界面對流場影響規律207
9.5.1橫截面速度剖面207
9.5.2縱剖面渦量場分布208
9.5.3阻力來源210
9.5.4連續氣液界面減阻機理216
9.5.5臨界雷諾數217
9.6結束語221
參考文獻221
第10章潤濕階躍圓柱表面間斷氣膜對阻力和流場影響的實驗研究222
10.1引言222
10.2實驗條件與方法222
10.3親疏水相間圓柱表面間斷氣液界面穩定性222
10.3.1間斷氣液界面靜態穩定性222
10.3.2間斷氣液界面動態穩定性223
10.4間斷氣液界面對阻力影響規律224
10.4.1不同長度間斷氣液界面阻力隨雷諾數變化規律224
10.4.2不同長度間斷氣液界面增阻率隨雷諾數變化規律228
10.5間斷氣液界面的變形及其對流場的影響規律229
10.5.1間斷氣液界面的變形規律229
10.5.2橫截面速度剖面233
10.5.3縱剖面渦量場的分布235
10.5.4凹轉子表面間斷氣液界面的阻力特性236
10.5.5間斷氣環氣液界面特性238
10.6結束語238
參考文獻239
後記240

仿生疏水表面是一種潛在的兼具防污功能的水下減阻新方法，也是減阻領域的研究熱點之一，未來有望廣泛應用於海洋工程和其他相關領域。本書整理了作者十餘年在疏水表面減阻方面取得的一繫列研究成果，不僅從微觀角度深入揭示了疏水表面滑移效應的分子動力學機理，而且繫統分析了仿生疏水表面氣膜流失與減阻失效的機制，還提出多種可能的氣膜維持新方法。本書有助於國內同行快速掌握仿生疏水表面減阻機理，不僅可供船舶與海洋工程領域的工程技術人員和管理人員參考，還可供高等學校船舶與海洋工程、兵器科學與技術等相關學科的師生參考。