Имитация слизи водорослей и рыб облегчит передвижение кораблей

Исследователи проанализировали гидродинамику поверхности, смазанной маслом, которое имитирует слизь водорослей и рыб. Такая поверхность также имитирует биологические системы хранения слизи. Оказалось, что слой смазки способствует уменьшению сопротивления при движении в воде. Применение такой поверхности на кораблях позволит сэкономить энергию, необходимую для их передвижения. Статья об этом была опубликована позавчера в журнале Physics of Fluids.

Как слизь помогает передвигаться водорослям и рыбам?

Взаимодействие жидкости с морскими водорослями и рыбами создает сопротивление. Механизм уменьшения сопротивления за счет слизи является одним из нескольких анатомических и поведенческих приспособлений для облегчения движения. Так, поток воды, возникающее вокруг поверхности, покрытой слоем слизи, имеет гидродинамические преимущества. В частности, это способствует уменьшению градиента скорости окружающей жидкости – величины, определяющейся разницей в скорости движения различных слоев жидкости. Такие скользкие поверхности могут быть использованы для уменьшения потерь энергии, возникающих при эксплуатации морских транспортных средств. Далекие грузовые суда теряют движущую силу из-за трения жидкости, которое составляет от 60% до 70% общего сопротивления.

Какую симуляцию провели ученые?

Практическое моделирование предполагает, что поверхности с микрополостях, которые выделяют смазку, имитируя слизь водорослей и рыб, могут уменьшить сопротивление при передвижении в воде. Для моделирования ученые использовали образцы материалов с микрополостях, каждую из которых заполнили смазкой под названием Krytox GPL 103. По словам ученых, оно не вредное для рыб и других организмов, поэтому может применяться на практике. Полости были открытыми, более узкими у поверхности, так что смазка поступало с их нижней части без ограничений.

Группа изучила среднюю скорость грузового судна и смоделировала его поведение с различными смазанными поверхностями. В частности, ученые следили за тем, как влияет на процесс размер открытых участков микрополостей. Оказалось, что чем больше было отверстие полости, тем больше масла освобождалось и размещалось вдоль поверхности материала. Это уменьшило сопротивление поверхности почти на 18 процентов.

DOI: 10.1063/5.0018460