מעבר שכבתי הוא תופעה בסיסית בדינמיקה נוזלית השולטת ביעילות, ביציבות ובביצועים של אינספור מערכות הנדסיות, מכנפיים מטוסים לרשתות צינורות.היכולת לשלוט אם שכבת הגבול נותרה לליטר או הופכת לאפקטים טורחים ישירות לגרור, חום, צריכת דלק ודור רעש.בשנים האחרונות, מהנדסים פנו אל פני השטח של הטבע עבור השראה, פיתוח פני השטח המופניים, אשר יכול לחקות אורגניזמים רבים אחרים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 במהירות, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר ויותר יעיל יותר ויותר יעיל יותר ויותר יעיל יותר ויותר יעיל יותר ויותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000

המונחים: Boundary Layer Transition

(השכבה) היא האזור הדק של נוזל סמוך למשטח מוצק שבו כוחות הקוקוס שולטים על כוחות לא מורשים.בתוך שכבה זו, הזרם יכול להתקיים בשתי מדינות נפרדות: FLT:0laminarbilFLT:1 (Smoth, Orderly Motion) או FLT:2turbulentFLT 3: (chatic, Fluctuating מספר ferating, מעבורת מספר ספקטרום, למשל, לא מסובייקטטיבי, הוא מוביל למנגנוני מעבר).

ניהול המעבר הזה הוא קריטי כי שכבות הגבול הסוערות לייצר גרר גזי-עור גבוה משמעותית (לעתים קרובות 5-10 פעמים גדול יותר משכבות laminar) והעלאת שיעורי העברת חום.ביישומים אווירירי, מעבר עיכוב יכול להפחית את צריכת הדלק על ידי 5-15% על מטוס תחבורה טיפוסי. in turbomachinery, מעבר יכול לשפר את יעילות הלהבות ולהקטין את דרישות קירור.

המונחים: mechanism

(ב) כמה נתיבים ידועים מובילים לשינוי: הגלים של המעבר הטבעי (0 טבעי מעבר FLT:1) תהליך כרוך בצמיחה של גלי טולממיין-שטיפה (T-S) - גלים של יכולת אשר מעצימים ובסופו של דבר מתפרקים לתוך שטף של מנגנונים ספציפיים של שטף:2 עקיפה מעבר של מעבר מהיר (T-FLT) 3 כאשר מתרחשת תנופה חופשית או מגרעות גדולה של פני השטח, כאשר הם יכולים לשלוט בפרופילים של זרם חשמליות גבוהה של זרם חשמלי, אם הוא מפוסל (D) אימפולסים, כלומר: 2.

למה החלטות מעבר

שיטות פעילות מסורתיות לשליטה בשכבת גבול, כגון שבץ, מפוצץ או פלזמה, דורשות קלט אנרגיה ומערכות מורכבות. טכניקות פאסיביות - כמו riblets, dimples, או משטחים מיקרו-מבנים - אין כוח חיצוני, הם קלים, ויש להם תחזוקה נמוכה.ביו השראה מרקמים ליפול לתוך קטגוריה זו, אבל הם הולכים מעבר לפשוטות: הם מנצלים את הגיאומטריה, גיאומטריה, תכונות למצוא שליטה יעילה ולהשיג יעיל.

ארכיון תגיות: bio-Inspired Surface Textures: Principles and Mechanisms

(הופנה מהדף [[1924]]]] [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]] [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[[[[[[[1924]]]]

אפקט עור הכריש

המרקם הביו-מעורי המלומד ביותר הוא ה-FLT:0ribletFelople:1 - משטח עם grooves ארוך טווח בדרך כלל 10-200 מיקרומטר בעומק וספאם. בהשראת צניפים כרישים, סדקים עובדים על ידי הגבלת זמן של בדיקות מתוחכות, ביעילות להפחית את התנופה ליד הקיר - 7.5% אחרים יכול לגרור את הפחתת יעילותם של 1 חנקות, אך ורק על ידי קיבולת של 1.5% של חומרים מסוכנים, אך ורק על ידי חנקות של חומרים אלה ניתן להפחית את הפחתת קיבולת של 4.

ההתקדמות האחרונה בתחום הלייזר על פני השטח טקסט וייצור רול-טו-לסול הפכו את הייצור להיקף יותר של חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים לחקור את FLT:0adaptive ribletscioFLT:1 שמשנים גיאומטריה בתגובה לתנאי זרימה, אם כי אלה נשארים ניסיוניים.

Superhydrophobic Surfaces: Lotus Inspiration Leaf

היכולת של עלה הלוטוס לגרום טיפות מים להתאדות ולהגלגל את הגזעים משילוב של אנרגיה על פני השטח נמוכה וליטות מיקרוסקופיות.כאשר החל משטחים הנדסיים, FLT:0 superhydrophobics FLT:1 (זווית מגע > 150 מעלות) יכול להפחית את זרימת הנוזל על ידי קידום בתוך הקיר.

עם זאת, עמידות היא אתגר גדול.המיקרו-בניות שבריריות וניתן לפגוע בהן על ידי שחיקה, תנודות לחץ, או ביו-פופולינג. החוקרים מפתחים ציפויים חזקים באמצעות משטחים עצמיים או שילוב של superhydrophobicity עם תכונות אחרות בהשראת ביולוגית כדי לשפר את תוחלת החיים.

המונחים: Hierarchical and Hybrid Textures

(ב) מקיפים משטחים טבעיים רבים את המאזניים הרבים של הטקסטורה (למשל, FLT:0) ,hrkskinskinphskinFLT:1 יש גם קשקשים מרובים ו- flexspireing denticles, בעוד ה-FLT:2gecko FootureFLT 3 משתמש ב-Herarchic Structure for adhesion.

יישומים ברחבי מגזרי הנדסה

תעופה ואוויר

תעשיית החלל כבר בחזית המחקר של מרקם בהשראת ביולוגית (FLT:0 Aircraft WingsFLT:1 מצופה בסרטים riblet הראו חיסכון דלק בשירות מבצעי. Airbus ו-Lufthans בחנו הצלחות על מטוס A340, השגת 1–2% דלק כוויות דליקות.

יישום מבטיח נוסף הוא על FLT:0 (UAVs) כלי רכב אוויריים (UAVs) 1FuaLT ורחפנים, שבו יעילות היא קריטית עבור סיבולת.קל קל משקל סרט יכול להיות מיושם כנפיים ומניעים, להאריך את זמן הטיסה גם לחקור FLT:2bionic המוביל הקצוות הראשי של FLT 3, אשר מחקה את השחיתים על לווייתנים על פני לווייתנים, כדי לעכב את המהירות נמוכה כדי לשפר את המהירויות נמוכות יותר.

מערכות אנרגיה ואוויריות

אוניות וצוללות ניצבות בפני גרור משמעותי מן המים, שהוא כ-800 פעמים צפופה יותר מהאוויר.המרקמים בהשראת ביו-שראה מציעים שיטה פסיבית להפחית את צריכת הדלק ולהגביר את המהירות.FLT:0Sharkskin ribletsuaFLT:1 החלים על אוניות נבדקו גם על ידי מספר navies, עם הפחתה של 5-15% בהתאם למקרים חמורים, עם ביצועים עמידים, כמו גם גרורתיים, כמו גם גרורתיים ומניעים.

בנוסף, מרקמים בהשראת ביולוגית משמשים על FLT:0 ; 000 טורבינות נוכחיות טורבינות sert 1 ומניעים כדי לשפר את היעילות על ידי שליטה בשכבת הגבול.אפקט ההשחית מחוט לווייתנים ניתן ליישם כדי ללבין להבים כדי להגדיל את התפוקה על ידי שמירה על זרימה מחוברת בזווית גבוהה יותר של התקפה.

אנרגיה: Wind Turbines ו-Hick Exchangers

טורבינות הרוח פועלות תחת תנאי זרימה משתנים, ובקרת שכבת הגבולות חיונית ללכידת כוח מקסימלית.ביו-inspiredFLT:0ribletsFLT:1 על להבים טורבינות רוח יכול להפחית את גרר ולהגביר את ייצור האנרגיה השנתי על ידי 2–5%.

בחילופי חום, שליטה על מעבר שכבת גבול יכול לשפר את שיעורי העברת החום.חלק מרקמים בהשראת ביולוגית, כגון דיוונים ופרופורציות לחקות את עלה הלוטוס או טונים חול, יכול לגרום להפרעות מקומיות ולהגדיל את העברת חום אחידה על ידי 20–40% ללא עונשי לחץ מופרז. המרקם אלה נחקרים בחילופי חום קומפקטיים עבור מערכות קירור ו-HVAC.

צינור והובלת פלויד

בנפט, גז וצנרת מים, שמירה על זרימת לליטר מפחיתה עלויות המשאבה ומרחיבת את חיי התשתית.FLT:0 Superhydrophobic ציפויים פנימיים של ®FLT:1 יכול להפחית את הלחץ החיכוך עד 30% בצנרת חלקה, בעוד FLT:2rible linersFLT 3 יכול להפחית את קצב החיתוך, עם זאת, מדרגים אלה כדי לחץ גבוה ולהגדיל את רמות גבוהות יותר של צינורות.

מכשירים רפואיים

(ב) מרקמים פני השטח מעוררים השראה הם מציאת יישומים בשתלים רפואיים והמכשירים (FLT:0Shark-skin-skin-inspiredFLT:1 ממרקמים על קטרים ו stents יכולים להפחית את הדבקות חיידקית ואת היווצרות biofilm, הורדת סיכונים לזיהום יעיל יותר:2Lotus-leafinedFLT3 מפורמים על מכשירים כירורגיים יכול ליצור תבניות יעילות יותר של זיהום עצמי:

אתגרים ייצור ו Scalability

(הופנה מהדף מחקר מעבדה למוצרים תעשייתיים דורש ייצור חסכוני, עלות-תועלת (FLT:0Laser ablationFLT:1 (pico- and FemtoII לייזרs) יכול ליצור מיקרו-מבנה מדויק על מתכות, קרמיקה ופולימרים, אך הוא איטי ויקר עבור אזורים גדולים.

אתגר נוסף הוא (FLT:0)maintenanceanceFLT:1 [המרקמים משטחים] יכולים ללבוש, לררוד, או להיות מוצפים עם contaminants.עבור יישומים בחוץ כמו מטוסים וטורפות רוח, ניקוי קבוע או לקצור עשוי להיות נחוץ.פיתוח מרקמים של עצמו או התחדשות מחדש - בהשראת חידוש עור טבעי - הוא אזור מחקר פעיל.

תובנות סודיות וניסויים

עיצוב מרקמים ביולוגיים מעוררי השראה יעיל מסתמכ על הבנה עמוקה של הפיזיקה של זרימת הדם.FLT:0 (איכות גבוהה של דינמיקות נוזליות חישוביות גבוהה (CFD) סימולציות 1FLT:1, כולל סימולציה מספרית ישירה (DNS) וסימולציה גבוהה-DNS (DNS), משמשים כדי מודל של אינטראקציה של microtextures עם מבנים טורחים אלה חשפו כמה אופטימיזציה של תהליכים גיאומטריה מסוימת יותר ויותר.

(התאמת הניסויית חשובה באותה מידה.FLT:0) מבחנים של מנהרה וערוץ מים 1Felo (FLT:1) באמצעות מאזן כוח, יפרמטריה פילים של סרטי שמן, ודימוי חלקיקים velocimetry (PIV) לכמת הפחתה של גרגרי מעבר (FLT:2 בדיקות פידלד 3 על מטוסים, אוניות וטורבינות לספק נתונים אמיתיים עבור דוגמה, מחקר סוללת נאס"א.

השוואה עם שיטות מסורתיות

שיטות בקרה פאסיביות מסורתיות כוללות את שכבת הגבול:0. [Uvortex גנרטורsssveFLT:1] (הרכבים הקטנים הממריץ את שכבת הגבול), FLT:2Gate רצועותsFLT 3 כדי לעבור במכוון, ו-FLT:4 מתפתלים פחות או יותר על פני השטח של שליטה: 5 (כמו כדורי גולף) כדי להפחית את הלחץ.

קווי עתיד וגבולות מחקר

התחום של מרקמים משטח בהשראת ביולוגית עבור בקרת שכבת גבול הוא מתבגר במהירות.כמה כיוונים מרגשים מתעוררים:

  • (FLT:0) ,B-inspired פני השטח של LT:1) אשר משנה מרקם בתגובה לתנאי זרימה (למשל, באמצעות סגסוגת בצורת-זיכרון או משככי כאבים), מחקה את היכולת של דגים לזקפה או לזרז את המאזניים שלהם.
  • (FLT:0) מרקמים פונקציונליים של מורטי-פופולטיביים 1) המשלבים הפחתה של גרגרי, נגד מיפוי, נגד ייבוש, ו ניטור בריאות מבני על פני השטח אחד.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) מקנה (Machine Learning-oriented designFLT:1hil) באמצעות חיזוק הלמידה כדי לגלות דפוסי מרקם אופטימליים ללא הטיה אנושית.
  • (ב) ,0) ייצור בלתי ניתן להשגה (FLT:1) באמצעות חומרים ביו-דידיים ותהליכים ירוקים מקיפים.

שיתוף פעולה בין דינמיסטים נוזליים, חומרים מדענים, מהנדסי ייצור, ביולוגים יהיה חיוני כדי לממש את הפוטנציאל המלא של עיצובים טבעיים אלה.כפי כלים חישוביים לשפר את עלויות הייצור, מרקמים משטח בהשראת ביולוגית יהיו כלי סטנדרטי ארסנל של מהנדס להשגת יעילות אנרגיה, קיימות וביצועים.

לקריאה נוספת, ראה מחקר מקיף של נאס"א על הפחתה של גרור 1LT, סקירה מקיפה ב FLT:2 דוחות מדעיים על פני השטח בהשראת עור הכרישים (FLT 3: 3), ואת הסקירה ה-FLT:4Annual Review of Fluid Mechanics על שליטה ביו-inspired זרימה:5555