[发明专利]减小粘滞的包层

说明书

用于船体的减小粘滞的包层，其中通过在船体表面和水之间散布空气来减小船体的润湿区域。船体浸没区域的大部分包含密堆积的气阱。气阱的半径小于水的毛细管长度的二分之一。通过限流器的方式用加压空气供给每个气阱。通过褶皱通道网络的方式向每个气阱供给加压空气。

发明领域

本发明涉及粘滞的减小。具体地，本发明涉及减小粘滞的包层。

发明背景

本发明涉及粘滞例如在船体上的减小。它还与在水上行进或浸没在水下的其它海洋船舶和物体相关，例如潜艇和鱼雷。它还与以下情况有关，其中液体行进通过管道或导管或其它含有液体的结构，例如在液体例如油沿着管线泵送的化学工业中。粘滞导致推进大型船只所需要的大部分燃料。因为航运业是温室气体的重要全球生产者，所以减少由粘滞所致的燃料消耗将导致环境损害的大幅减少和大幅的经济节约。

因为流体力学中已知的作为固/液界面处“无滑动”边界条件的现象，出现粘滞。相邻固体的液体分子层不相对于固体移动。在该层和相邻的液体层之间产生剪切力。这种条件已知适用于在液体中移动的船舶，如船在海上航行的情况。它还适用于液体流过管道的情况，例如油通过管线。空气具有粘度比水小大约一千倍。长期已知如果空气可以以将液体与固体完全分离的方式散布在液体和固体之间，则将有效地消除液体中的粘滞。

植物，例如荷叶和某些昆虫表现出在它们表面上捕获空气的特性。这种效应通常由疏水表面以及复杂的表面形貌产生，所述复杂的表面形貌经常包含分级结构。这种性质大幅降低了它们的润湿表面积。这种非润湿性质常已知为“荷花效应”。已经测试了许多实验室材料以复制自然界中所见的这种效应。虽然被设计成模拟这种效应的材料当刚在水面以下测试时可短暂地起作用，但没有一种显示在现代船体所遇到的流体静压下长时间地起作用。今天常见20米深的船体。它们遇到2巴的流体静压，相当于2N/mm²。来自这样的流体静压的力远大于非润湿材料依赖的表面张力。这种非润湿行为仅限于接近表面的情况。“荷花效应”另外的限制是随着时间捕获的空气扩散至水中，离开水饱和的表面。复制这一原理的材料对于必须在往返干船坞之间花费一年或更长时间的船只来说是不利的。显然的是，这样的材料没有提供对船体上的粘滞问题的解决方案。

US5,456,201公开了通过船体吹气泡的方法。然而，孔本身大，从而引起出现的空气形成大的气泡。因此船体表面保持湿润。这导致已知为“泡状流”的物理现象。水的粘度减小，导致粘滞的减小。然而，泡状流也引起水的密度减小，并且水的浮力减小。产生大体积流的气泡所需的大功率要求倾向于抵消由船体上减小的粘滞产生的功率减小。结果是，该系统在工业上没有得到青睐。

因此，需要针对粘滞问题的解决方案，其将适合于在船和其它海洋船舶上使用。

发明概述

因此，本发明提供减小粘滞的包层，其包含：外表面，该外表面中具有多个气阱(pocket)，每个气阱具有空气入口和出口；其中每个空气入口的横截面面积小于气阱的出口的横截面面积。

每个气阱的半径可小于水的毛细管长度的二分之一。

每个空气入口的横截面面积可小于气阱的出口的横截面面积的十分之一。

每个阱可为圆锥形的。多个气阱可密堆积。阱出口可重叠。

每个气阱的外表面可包含疏水材料。疏水材料可包含聚四氟乙烯PTFE、或全氟烷氧基共聚物树脂PFA。

外表面可包含多个疏水线的环，其中环在两个端部处连接至所述表面。

疏水线可包含膨胀的聚四氟乙烯ePTFE、或全氟烷氧基共聚物树脂PFA。

外表面可包含由亲水芯和疏水外表面组成的线的线束，并且其中一个线端部连接至包层外表面并且另一个线端部未连接。

线可包含玻璃纤维线。