Deniz taşımasında sürekli verimlilik arayışı, geleneksel hull tasarımlarının ötesine bakmak için mühendislere yol açtı. hull şekli ve tahrik sistemleri gibi faktörler önemli bir dikkat çekiyor, bir geminin dış görünüşü şaşırtıcı derecede güçlü bir rol oynar. Yüzey dokusu - hız, yakıt ekonomisi ve stabiliteye uygulanan değişiklikler - bu makale, temel ilkeleri, hidrodinamik sürüklenme ve azami asansörü kullanarak ortaya çıktı.

Drag Fiziği, Asansör ve Boundary Katman

Yüzey dokularının nasıl çalıştığını anlamak için, biri ilk olarak hareket eden bir gemide temel güçleri kavramalıdır.ETHFLT:0)Drag), ilk olarak iki bileşenden oluşan direnç kuvveti karşılamaktadır: Ağırlıklı sürüklenme (ayrıca cilt sürtünmesi) ve basınç sürüklenme (eskiden) ve basınç sürüklenme (eskiden) hidroksitle ilişkili olarak, yüzeysel bir şekilde sabit bir şekilde hareket eden ve yüksek çözünürlükte bulunan bir şekilde sabit bir şekilde hareket eder.

Sınır tabakası laminar (smooth, sıralı akış) veya türbübülans (katılım, karıştırmak) olabilir. Laminar akışı bu geçişi ve yerel akış özelliklerini seçici olarak etkilemek için bir araç sağlar, ancak çoğu hull yüzeyleri üzerinden türbülanslara geçiş yapmaz.Turbulent akış, dokular, sürüklenme, çatlakları azaltır ve manipüle etmek için uzun süre boyunca gelişmiştir.

Deniz Uygulamaları için Yüzey Metinleri Türleri

Riblet Textures

Riblets en yoğun olarak incelenen yüzey dokuları arasındadır. Bunlar, türbün sınır tabakasını değiştirerek çalışır - türbünsüz V şeklinde veya ölçeklenmiş - duvardaki çalkantıların yönünü kısıtlar.

Mikro-Patterns ve Dimples

Golf toplarının dimpled yüzeyi tarafından ilham alın, kontrollü bir şekilde yerel turbulences, ki bu da ekinlere bağlı olarak baskıyı azaltabilir.Bir golf topunda, dimples to the ball daha uzun süre boyunca tıkayan bir sınır tabakasına uygulanabilir.

Hidrofobi ve Superhidrfobik Kaplamalar

Su repellency, su ve doku arasındaki ince bir hava tabakasını azaltıp, nano-parçacıklı bir film olarak bilinen bir fenomendir.Bu hava tabakası, yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte bulunan yüzeyleri büyük ölçüde azaltacaktır.

Bio-Inspired Textures: Skin and Beyond

Belki de en ikonik doğal sürüklenme yüzeyi, hızlı uçlu köpekbalığının derisidir, bu da küçük, diş benzeri yapılarda dermal dezenfekte edilen biyoçeşitliliği ve küçük boyutu nedeniyle yönlendirilir.[0][Dönemli:0]

Aktif ve Adaptive Textures

Bir sonraki sınır, dokularını akış koşullarına yanıt olarak değiştirebilecek yüzeyleri içeriyor. Örneğin, form-memory alaşımları veya pnömatik mesaneler, performansları farklı hızlarda veya farklı deniz eyaletlerinde optimize etmek için parlatılabilir derinlikleri değiştirebilir.

Drag Azalizmin Mechanisms Of Drag Az

Yüzey dokuları birkaç ilgili mekanizmadan sürükleniyor. birincil etki şu anda gri tabakanın kayması ile sınırlıyor.Dimples ve mikro-patterns, duvardaki viskous alt katmanını artırma, bu arada duvarı azaltıcı yüzeyleri azaltıp, bir yerden diğerine doğru hareket eden birçok dokuyu azaltarak basınç dağılımını değiştirebilir.

Önemli olarak, tüm koşullar için tasarruf garanti edilmez. Dokunuşun boyutu, yerel viskous alt kat kalınlığına göre ölçeklenebilir, bu nedenle bot hızına bağlı olarak optimize edilmiş dokular aslında artacaktır.(CFD) fiziksel testlerden önce performans tahmin etmek için.ApolD:0Gazzegen Araştırması)

Textured Surfaces ile Enhancing Lift

Deniz folyolarında (örneğin, hidrofoils, rudders ve denizciler) üst ve alt yüzeyler arasında bir baskı diferansiyelini oluşturmak için bağlıdır. Textures, aynı şekilde, mikro-ridges veya vortex jeneratörlerini azaltarak asansörü artırabilir.Fort example, uygulama kaburgaları yüksek yüzeyde kapatarak yüksek çözünürlükte geri yüklemeye ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte azaltılabilir.

Pratik Faydaları ve Operasyonel İmplikasyonlar

  • [FONT:0]Fuel Tasarruflar: [Dönetici: [Döntme:0]) Panamalı bir taşıyıcı için% 10 dolar tasarruf etmek, yılda 100.000 litre yakıt tasarrufu sağlayabilir.
  • [FONT=0)Speed and Range: [Dönemli Deniz gemileri ve yüksek hızlı feribotlar daha yüksek hızlara veya daha küçük motorlarla aynı hızda ulaşabilir. Bu aynı zamanda operasyonel aralığı da genişletebilir - denizaltılar veya keşif zanaatları için kritik bir avantaj.
  • [FONT=0]Stability and Seaguard:[Dönetici:[Dönetici:0)Zizman ve stabilizatörler daha iyi yuvarlanma ve elbette ki korumayı kaba denizlerde tutabilirler. Textured rudders, limanlarda manevra kabiliyetine sahip olabilir.
  • [FONT:0]Biofouling Direnişi:[Dönetici:[Dönetici:0) Bazı dokular -özellikle de süperhidrofbik yüzeyler ve mikro-topograflar - barnacles, algler ve diğer deniz organizmaların yerleşimini teşvik eder.
  • [FONT=0)Redük Gürültü ve Titreşim: [Döneticileri kontrol ederek, dokular, hull vibrasyon ve sualtına neden olan uygun olmayan güçleri hafifletebilir. Bu, özellikle de sessiz operasyonları gerektiren araştırma gemileri için önemlidir.

Meydanlar ve Sınırlar

Sözcük kullanımlarına rağmen, yüzey dokuları yaygın olarak kabul edilebilir.ETHFLT:0:5)En düşük maliyetli olan, tozlu dokular tarafından yapılan en iyi şekilde kullanılabilir.

Vaka Çalışmaları ve Gerçek Dünya Uygulamaları

Ticari Ticaret

Japon gemi geliştiricisi Oshima Gemisi, nakliye şirketi Mitsui O.S.K. Lines ve Ulusal Deniz Araştırmaları Enstitüsü ile ortaklık içinde, filmdeki tam ölçekli bir denemeyi 2019 yılında gerçekleştirdi.[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD:0][Dönemli bir yolculukta % 4.5 oranında azaltıldı.[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD)[DDDDDDDDDDDDDDDD))[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD

Racing Yachts

Amerika'nın Kupası ve Volvo Ocean Race uzun süredir aşırı yüzey mühendisliği için laboratuvarlar olmuştur. Cup tekneleri ribeks, hidrofobik kaplamalar kullandı ve hatta folyolarda aktif membranlar. 2017 Amerika'nın Kupasında, kazanan takımın hidrofoils, bir kursa kadar tekne uzunluğuna çeviren lazer-taraflı mikro-grooves'u 2-% 3 oranında yükseltti.

Deniz Uygulamaları Deniz Uygulamaları

ABD Deniz Araştırmaları Ofisi, seyir hızıyla şarj edilen 7% azalma gösterdi.Sualtınlarda sürüklenme ve biyofouling için araç daha akustik olarak çalmasına izin verdi.3 sualtı aracı kullanarak bir riblet-patterned hull, yolcu hızında% 7 azalma gösterdi.

Future Yol ve Araştırma Frontiers

Deniz mühendisliğindeki yüzey dokularının evrimi, birkaç diğer teknoloji ile doludur.ETHFLT:0)Makine öğrenme ve CFD[DDD baskı) doku geometrilerinin, malzemelerin ve düzenlemelerin oluşturulmasına izin verir., çünkü mühendisler şimdi birden fazla işlevle (düşük) yapılar ve işletim profillerine göre tasarlayabilirler.[DDD baskı)

Temel araştırma, sürüklenme sınırlamalarının sınırlarının uzamasını sağlar. Superhidrofbik yüzeyler stabilize plastrons ile teorik olarak on iki mikrometrenin uzunlarına ulaşabilir, deri sürtünmeyi% 40 veya daha fazla laminar koşullarıyla azaltır. Ancak, bu tür akışları yüksek Reynolds sayılarının bakımı elusive. Başka bir umut verici avenue anlaşılabilir;)tant kaplamalar-sürücüksel yüzeyler[Dönemli dalgalanmalar ve barajlar) gibi modern malzemelerle ilgili olarak incelenmiştir.

Son olarak, yüzey dokularının saflaştırılması:0)air yağdırıcı sistemler) (kırıklar yağdırılır) sinerjik etkiler verebilir. Textures, balon tabakasını stabilize edebilir, kömürün ve kapsamın iyileştirilmesini engelleyebilir. Erken deneyler, bir dokuya ihtiyaç duyan hull'un 30'a kadar yağdırması için gerekli olan hava enjeksiyon oranını azaltabileceğini belirtir.

Deniz gemilerindeki yüzey dokularının geleceği tek bir yenilik değil, birden fazla, tamamlayıcı teknikler bir tabakadır. Mikro ölçekli akışla hareket ederek, verimlilik, sürdürülebilirlik ve performansta makrooskopik kazanımlar elde edebiliriz.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüzey dokuları kanıtlanmış bir ama yine de deniz gemilerinin hidrodinamik performansını geliştirmek için stratejiyi sürdürüyor.Spekten ve alttabalıklı mimikler ve süperhidrofbik kaplamalar, bu değişiklikler yeni inşa edilmiş gemilerde standart özellikler olmasını bekleyebiliriz. Gerçek dünya denemeleri birkaç yakıt tasarrufu onaylarken, laboratuvar deneyleri bir kez daha büyük kazanımlara dayanıklılık ve ölçeklenebilirlik sorunlarının üstesinden gelir.

[FONT:0) Kaynak[Dönem:0)

  1. Dean, B., & Bhushan, B. (2010). Shark-skin yüzeylere akrepsiz akışta azalma: bir inceleme.ETHFLT:0)ThePhilosophical Transactions of the Royal Society A), 368 (1929), 4775-4806.
  2. García-Mayoral, R., & Jiménez, J. (2011). Drag, ribeks tarafından indirilir. )Gazze Mekanikleri [Dönetici:1], 676, 21–47.ENFLT:2.doi:10.1017/jfm.2010.510).
  3. Park, H., & Lee, S. (2019). Aerodinamik bir NACA 0012 [12] havafoil.urFLT:0)Gazze Bilimi ve Teknolojisi [DüzT:1], 33, 1671-1678.ETHFLT:2
  4. Yamamori, T., et al. (2020) Bir toplu taşıyıcıda riblet filmi tarafından sürüklenme etkisinin tam ölçekli ölçümü. Gaz Bilimi ve Teknolojisinin ) 25 1039-1047.FLT:2).