Zugreduzierung in turbulenten Strömungen über superhydrophobe Oberflächen

In dieser Arbeit zeigen wir, dass periodische, mikromusterte superhydrophobe Oberflächen, die zuvor für ihre Fähigkeit zur Reduzierung der Zugkräfte bei laminarer Strömung bekannt waren, in der Lage sind, den Widerstand im turbulenten Strömungsbereich zu reduzieren. Superhydrophobe Oberflächen enthalten mikro- oder nanoskalige hydrophobe Eigenschaften, die eine schubfreie Luft-Wasser-Grenzfläche zwischen den Spitzen der Oberflächentopologie unterstützen können. Partikelbildgeschwindigkeitsmessungen und Druckabfallmessungen wurden verwendet, um signifikante Gleitschnittgeschwindigkeiten, Schubspannungen und Druckabfälle zu beobachten, die mit Zugreduzierungen von nahezu 50% korrelieren. Bei einer bestimmten Reynolds-Zahl wurde festgestellt, dass die Zugreduzierung mit zunehmender Strukturgröße und -abstand, ähnlich wie bei laminarer Strömung, zunimmt. Es wurde keine beobachtbare Zugreduzierung im laminar Bereich festgestellt, was mit früheren experimentellen Ergebnissen für die betrachtete Kanalgeometrie übereinstimmt. Der Beginn der Zugreduzierung tritt bei einer kritischen Reynolds-Zahl auf, bei der die Dicke der viskosen Sublage die Größe der superhydrophoben Mikroeigenschaften erreicht, und die Leistung wird bei weiterer Reduzierung der Höhe der viskosen Sublage verbessert. Diese Ergebnisse zeigen, dass superhydrophobe Oberflächen einen signifikanten Mechanismus zur Zugreduzierung für marine Fahrzeuge bieten können.