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                宁波材料所首项国家自然科学基金重点基金项目“海洋航行体表面调控与仿生减阻机理”以A类通过结题验收
                作者:,日期:2019-04-02

                  近日,国家自然科学基金委工程与材料科学部在南京召开2019年度重点基金项目结题验收会。经过资料审核、项目负责人工作汇报、专家提问、讨论等环节,宁波材料所海洋功能材料团队承担的重点基金项目“海洋航行体表面调控与仿生减阻机理”,顺利通过结题验收。这是薛群基院士领导承担的第二个减阻研究方向的重点基金项目。继前一个重点基金结题获A类等级评价后,本项目结题又一次荣获A类等级评价。    

                  国家自然科学基金重点基金项目,全国平均每年立项600项左右,重点支持有较好基础的研究方向或学科生长点的创新性研究,致力于推动若干重要领域或科学前沿取得突破。薛群基院士带领的科研团队,在减阻领域连续获了两届国家自然科学基金的资助。此次项目于2013年立项,是首项由我所牵头,和兰州化物所合作承担的国家自然科学基金重点基金项目。本项目对高雷诺数下材料的减阻机理与减阻行为进行了研究,并创新性的提出了微涡流减阻效应。同时发展了气垫稳定封存减阻方法、固油复合减阻体系及有机无机复合柔性减阻材料体系。完善了不同服役条件下的减阻机理,及减阻材料设计准则,使整个研究更具系统性;并且将项目研究成果应用于水中航体,为提高航体速度、续航能力和减少能耗提供了重要理论和技术支持。

                  薛群基院士带领团队经过4年的深入研究,取得了一系列重要的研究成果:

                  一、在国际上首次提出并验证了在水流体中形成微涡流的减阻效应。航行体表面微织构通过形成微涡流可有效降低摩擦阻力,微织构的尺寸和形状与流体的雷诺数相关;只有特定尺寸和形状的微织构可有效推迟转捩雷诺点;微织构和表面分子可产生协同减阻效应。

                  二、揭示了界面分子作用与壁面滑移对流阻力的影响规律。主要包括:水接触角(而非表面能)是决定摩擦阻力的关键因素;表面分子修饰可改变接触角,实现对摩擦阻力的调控;通过可逆性地改变表面分子空间排列状态,实现对摩擦阻力可逆控制。

                  三、提出了基于受限交替亲疏水调制结构的设计思想,实现了稳定气垫减阻效应。发明了亲疏水交替微结构减阻方法,利用疏水区域中均匀布局的亲水条带实现空气层锚固,提高气泡逃逸势能,提高气垫稳定性;设计的亲疏水交替结构材料在大雷诺数条件下,实现了76.3%的减阻效果。

                  四、发展微织构-涂层协同减阻方法,稳定的工程应用减阻。微织构与半固态减阻膜层复合,实现30%以上的稳定减阻;通过微结构与柔性涂层复合,实现高速大雷诺数条件下,20%以上的减阻效果。

                  五、设计了工程用减阻涂层蒙皮,在重要型号模型机上完成了应用验证。在4米长的航行体模型上进行的拖曳实验验证证明,在2m/s-4m/s的航行速度下,实现了10%的减阻率。

                  本研究成果所提出的减阻相关学术思想,是对流体减阻的重要贡献。所发展的适应不同航行条件下的多种减阻技术,可为航体的设计提供技术支持。基于本项目支持,团队中主要研究人员获国家杰出青年基金、国家万人计划领军人才等计划支撑。在Science AdvancesAdvanced Functional MaterialsACS AM等高水平期刊发表论文94篇,其中影响因子大于5论文30篇,他引次数1400多次,申请专利专利15件,授权8件。

                合影

                      (科技发展部 王古月、表面事业部 曾志翔、党政办 王雪珍)