Drag reduction performance and mechanism of flexible conical microstructure film inspired by pufferfish epidermis

锥面 还原(数学) 阻力 微观结构 寄生阻力 弯曲 材料科学 极限抗拉强度 机械 结构工程 纳米技术 复合材料 工程类 物理 几何学 数学
作者
Yaosheng Zhang,Dongliang Fan,Xiaoming Feng,Yushen Hu,Shi Jin,Guizhong Tian
出处
期刊:Ocean Engineering [Elsevier BV]
卷期号:271: 113760-113760 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.oceaneng.2023.113760
摘要

Flexible bionic drag reduction surfaces have attracted increasing attention in recent years owing to its potential to address the daunting energy crisis. Inspired by the skin of pufferfish, a flexible conical microstructure film with effective drag reduction is designed. The film has the advantages of cost-effective and tensile-bending resistance to meet commercial applications. The low price of raw materials and rapid solidification at room temperature are the core of cost reduction, and the manufactured film can withstand a maximum tensile force of 70 N and a strain of 484%. The practical application effect of the film has been confirmed by model ship tests, and it still has stable drag reduction ability after multiple stretching and bending. The water tunnel experiment results show that the drag-reducing efficiency of the flexible conical microstructure film is 10.65%–12.04% compared to the rigid plane, in which the conical topography suppresses turbulence burst, whereas the flexible surface has the effect of absorbing turbulent energy to buffer the near-wall fluid. The coupling effect enhances drag-reducing efficiency. Therefore, the flexible conical microstructure film in this work provides a practical and commercialized fluid drag reduction approach for ships, underwater vehicles, and pipeline transportation.
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