專利名稱：一種陣列電極式平板壁面微空泡發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平板試樣壁面微空泡發(fā)生裝置，用于減小壁面的摩擦阻力，屬于流體動 力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景水下航行體在水中行進(jìn)時的主要能耗是用來克服行進(jìn)阻力，因此進(jìn)行阻力分析和減少阻 力，對于節(jié)約能源、改善工作狀況、提高工作效能具有重要意義。水下航行體行進(jìn)阻力主要 由摩擦阻力和壓差阻力組成，其中摩擦阻力占總阻力的絕大部分，因此減小壁面的摩擦阻力 是降低行進(jìn)阻力的關(guān)鍵。目前，基于壁面的減阻技術(shù)主要有柔性壁減阻、涂層減阻、表面形貌減阻等，其基本方 法是通過改善壁面的流場環(huán)境達(dá)到減小流體和壁面摩擦阻力的目的；另一種技術(shù)是通過向水 中噴射微氣泡，在壁面和流體之間形成固一氣一液三相，從而達(dá)到較高的減阻率；然而，噴 射微氣泡技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)對氣泡大小以及氣泡在壁面吸附程度的控制，而這兩個因素在實(shí)驗(yàn) 中被證明對減阻率有很大影響。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種陣列電極式平板壁面微空泡發(fā)生裝置，即在平板試樣壁面上產(chǎn) 生微空泡的陣列電極分布技術(shù)，在壁面形成微孔狀形貌，并在微孔形貌中分布電極，通過電 解水的方法產(chǎn)生微空泡，從而在壁面形成分布式的吸附空泡，達(dá)到更高的減阻率。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種陣列電極式平板壁面微空泡發(fā)生裝置，其特征在于該裝置由頂層、中間層和底層 三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述的頂層為鍍金銅層，同時作為電源正極；所述的中間層為絕緣層，在該 層中加工有成陣列式分布的微孔，孔壁敷銅，并與底層相連；所述的底層為銅層，作為電源 的負(fù)極。本發(fā)明所述的絕緣層采用聚四氟乙烯;絕緣層中成陣列式分布的微孔直徑范圍為50-500微米。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)即突出性效果①該裝置通過電解水的方法得到 壁面空泡，空泡大小及其在壁面的吸附程度可控，并無需其他添加劑和涂層材料。②該裝置 的陣列電極和微孔通過印刷電路工藝一次成型。③微空泡的直徑由裝置壁面的微孔工藝控制， 直徑尺寸范圍50-500微米。④壁面微空泡的形成速度可控。


圖1為本發(fā)明提供的陣列電極式平板壁面微空泡發(fā)生裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖(剖面圖)。圖2是實(shí)施例中的印刷電路板的PCB版圖。圖中l(wèi)一頂層；2 —絕緣層；3 —底層；4一微孔；5 —頂層上的圓孔；6—電源陰極；7 一電源陽極；8 —安裝孔。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)構(gòu)附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施和工作原理作進(jìn)一步的說明。圖1為本發(fā)明提供的陣列電極式平板壁面微空泡發(fā)生裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，該發(fā)生 裝置由該裝置由頂層l、中間層2和底層3三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述的頂層為鍍金銅層，同時作 為電源正極；中間層為絕緣層，可采用聚四氟乙烯作為絕緣層，其厚度可以根據(jù)應(yīng)用的需要 做調(diào)整，在該層中加工有成陣列式分布的微孔4，微孔的直徑范圍為50-500微米,孔壁敷銅， 并與底層相連；底層為銅層，作為電源的負(fù)極。該裝置主要通過電解水的方法在微孔陰極上產(chǎn)生氣泡，并充滿微孔，從而減小液體和固 體的減阻面積，達(dá)到減小壁面摩擦阻力的效果。工作時，根據(jù)平板試樣的面積大小選擇合適數(shù)量的微空泡發(fā)生裝置，在試樣表面覆蓋這 種陣列式壁面微空泡發(fā)生裝置；將電源的正負(fù)極分別連接到該裝置的正負(fù)極上；電源的正負(fù) 極由絕緣層隔開，在孔壁的敷銅與底層的銅層相連，成為負(fù)極；微孔的開口處位于頂層的圓 孔5處，圓孔直徑大于微孔直徑，所以頂層的陽極和孔壁的陰極不相連。在水中工作時，由 于電解水的作用，空泡將在孔壁4上吸附和聚集，并隨著電解水的進(jìn)程向表面溢出；該裝置 通過0 1.5V直流電壓控制壁面微空泡的形成速度。調(diào)節(jié)直流電源的電壓，控制空泡的發(fā)生 速度，直至達(dá)到最大的減阻效果。
權(quán)利要求
1. 一種陣列電極式平板壁面微空泡發(fā)生裝置，其特征在于該裝置由頂層(1)、中間層 (2)和底層(3)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述的頂層為鍍金銅層，同時作為電源正極；所述的中間層為絕緣層，在該層中加工有成陣列式分布的微孔(4)，孔壁敷銅，并與底層相連；所述的 底層為銅層，作為電源的負(fù)極；在頂層上開有圓孔(5)，微孔的開口處位于頂層的圓孔處， 圓孔直徑大于微孔直徑。
2. 按照權(quán)利要求l所述的陣列電極式平板壁面微空泡發(fā)生裝置，其特征在于所述的絕 緣層釆用聚四氟乙烯。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的陣列電極式平板壁面微空泡發(fā)生裝置，其特征在于絕緣層中成陣列式分布的微孔直徑范圍為50-500微米。
全文摘要
一種陣列電極式平板壁面微空泡發(fā)生裝置，用于減小壁面的摩擦阻力，屬于流體動力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。該裝置由頂層、中間層和底層三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成頂層是鍍金銅層，同時作為電源正極；中間是聚四氟乙烯層，作為絕緣層；底層是銅層，作為電源的負(fù)極；絕緣層中加工微孔，成陣列式分布；直徑范圍為50-500微米，孔壁敷銅，并與底層相連。該裝置在壁面形成微孔狀形貌，并在微孔形貌中分布電極通過電解水方法產(chǎn)生微空泡，從而在壁面形成分布式的吸附空泡，達(dá)到更高的減阻率。
文檔編號B63B1/38GK101121435SQ20071009937
公開日2008年2月13日 申請日期2007年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者汪家道, 陳大融, 陳皓生 申請人:清華大學(xué)