Drag reduction in turbulent flows over superhydrophobic surfaces

阻力 层流 湍流 层流下层 物理 机械 寄生阻力 粒子图像测速 雷诺数 明渠流量 压力降 阻力系数 流动分离 剪应力 经典力学
作者
Robert Daniello,Nicholas E. Waterhouse,Jonathan P. Rothstein
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:21 (8) 被引量:568
标识
DOI:10.1063/1.3207885
摘要

In this paper, we demonstrate that periodic, micropatterned superhydrophobic surfaces, previously noted for their ability to provide laminar flow drag reduction, are capable of reducing drag in the turbulent flow regime. Superhydrophobic surfaces contain micro- or nanoscale hydrophobic features which can support a shear-free air-water interface between peaks in the surface topology. Particle image velocimetry and pressure drop measurements were used to observe significant slip velocities, shear stress, and pressure drop reductions corresponding to drag reductions approaching 50%. At a given Reynolds number, drag reduction is found to increase with increasing feature size and spacing, as in laminar flows. No observable drag reduction was noted in the laminar regime, consistent with previous experimental results for the channel geometry considered. The onset of drag reduction occurs at a critical Reynolds number where the viscous sublayer thickness approaches the scale of the superhydrophobic microfeatures and performance is seen to increase with further reduction in viscous sublayer height. These results indicate superhydrophobic surfaces may provide a significant drag reducing mechanism for marine vessels.
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