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寧波材料所首項國家自然科學基金重點基金項目“海洋航行體表面調控與仿生減阻機理”以A類通過結題驗收
作者:,日期:2019-04-02

  近日,國家自然科學基金委工程與材料科學部在南京召開2019年度重點基金項目結題驗收會。經過資料審核、項目負責人工作匯報、專家提問、討論等環節,寧波材料所海洋功能材料團隊承擔的重點基金項目“海洋航行體表面調控與仿生減阻機理”,順利通過結題驗收。這是薛群基院士領導承擔的第二個減阻研究方向的重點基金項目。繼前一個重點基金結題獲A類等級評價后,本項目結題又一次榮獲A類等級評價。    

  國家自然科學基金重點基金項目,全國平均每年立項600項左右,重點支持有較好基礎的研究方向或學科生長點的創新性研究,致力于推動若干重要領域或科學前沿取得突破。薛群基院士帶領的科研團隊,在減阻領域連續獲了兩屆國家自然科學基金的資助。此次項目于2013年立項,是首項由我所牽頭,和蘭州化物所合作承擔的國家自然科學基金重點基金項目。本項目對高雷諾數下材料的減阻機理與減阻行為進行了研究,并創新性的提出了微渦流減阻效應。同時發展了氣墊穩定封存減阻方法、固油復合減阻體系及有機無機復合柔性減阻材料體系。完善了不同服役條件下的減阻機理,及減阻材料設計準則,使整個研究更具系統性;并且將項目研究成果應用于水中航體,為提高航體速度、續航能力和減少能耗提供了重要理論和技術支持。

  薛群基院士帶領團隊經過4年的深入研究,取得了一系列重要的研究成果:

  一、在國際上首次提出并驗證了在水流體中形成微渦流的減阻效應。航行體表面微織構通過形成微渦流可有效降低摩擦阻力,微織構的尺寸和形狀與流體的雷諾數相關;只有特定尺寸和形狀的微織構可有效推遲轉捩雷諾點;微織構和表面分子可產生協同減阻效應。

  二、揭示了界面分子作用與壁面滑移對流阻力的影響規律。主要包括:水接觸角(而非表面能)是決定摩擦阻力的關鍵因素;表面分子修飾可改變接觸角,實現對摩擦阻力的調控;通過可逆性地改變表面分子空間排列狀態,實現對摩擦阻力可逆控制。

  三、提出了基于受限交替親疏水調制結構的設計思想,實現了穩定氣墊減阻效應。發明了親疏水交替微結構減阻方法,利用疏水區域中均勻布局的親水條帶實現空氣層錨固,提高氣泡逃逸勢能,提高氣墊穩定性;設計的親疏水交替結構材料在大雷諾數條件下,實現了76.3%的減阻效果。

  四、發展微織構-涂層協同減阻方法,穩定的工程應用減阻。微織構與半固態減阻膜層復合,實現30%以上的穩定減阻;通過微結構與柔性涂層復合,實現高速大雷諾數條件下,20%以上的減阻效果。

  五、設計了工程用減阻涂層蒙皮,在重要型號模型機上完成了應用驗證。在4米長的航行體模型上進行的拖曳實驗驗證證明,在2m/s-4m/s的航行速度下,實現了10%的減阻率。

  本研究成果所提出的減阻相關學術思想,是對流體減阻的重要貢獻。所發展的適應不同航行條件下的多種減阻技術,可為航體的設計提供技術支持。基于本項目支持,團隊中主要研究人員獲國家杰出青年基金、國家萬人計劃領軍人才等計劃支撐。在Science AdvancesAdvanced Functional MaterialsACS AM等高水平期刊發表論文94篇,其中影響因子大于5論文30篇,他引次數1400多次,申請專利專利15件,授權8件。

合影

      (科技發展部 王古月、表面事業部 曾志翔、黨政辦 王雪珍)

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