海洋减阻技术的研究现状_莫梦婷
第35卷第4期摩擦学学报Vol35No4 2015年7月Tribology July，2015
DOI：10．16078/j．tribology．2015．04．000
海洋减阻技术的研究现状
莫梦婷1，2，赵文杰1*，陈子飞1，2，曾志翔1，乌学东1，薛群基1
（1．中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室
浙江省海洋材料与防护技术重点实验室，浙江宁波315201；
2．中国科学院大学，北京100049）
摘要：船舶、舰艇、鱼雷等海中航行体在海洋经济建设和海洋国防中发挥着重要作用．海中航行体的运行速度和能量消耗率是评价其性能的重要指标．利用减阻技术降低航行体在海水中的行驶阻力具有重要意义．按减阻机理对现今重要的海洋减阻技术进行分类和总结，并详细介绍其研究现状和减阻机理，主要包括仿生减阻、微气泡减阻和疏水/超疏水涂层减阻．通过对现有海洋减阻技术的总结和分析，展望了其今后的研究重点．
关键词：海洋减阻；仿生；微气泡；疏水/超疏水涂层
中图分类号：TH117．3文献标志码：A文章编号：1004－0595（2015）04－0505－11Ｒesearch Status of Marine DragＲeduction Technologies
MO Meng－ting1，2，ZHAO Wen－jie1*，CHEN Zi－fei1，2，
ZENG Zhi－xiang1，WU Xue－dong1，XUE Qun－ji1
（1．Key Laboratory of Marine Materials andＲelated Technologies，Zhejiang Key Laboratory of Marine
Materials and Protective Technologies，Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering，
Chinese Academy of Sciences，Ningbo315201，China
2．University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China）
Abstract：Navigation objects in the water，such as ship，submarine and torpedo play important roles in the ocean economic development and defense．Traveling speed and energy consumption are significant parameters which determine the operating performance of navigation objects．Utilizing drag reduction technologies to reduce the water resistance to navigation objects is of great significance．This article classifies and summarizes some important marine drag reduction technologies by drag－reducing mechanism，and has a brief description of their research status and drag reduction mechanisms，including the bionic，microbubble and hydrophobic/super hydrophobic coating．Based on the existing summary and analysis of marine drag reduction technologies，their future research priorities are also prospected．
Key words：marine drag reduction，bionic，microbubble，hydrophobic/super hydrophobic coating
进入21世纪，海洋战略已上升为国家核心利益．海洋经济、海洋国防是我国最重要的发展战略之一，舰船、艇雷等海洋航行体在海洋经济建设和海洋国防中发挥着重要作用．航行体的流体阻力控制是增加其航行速度、提高能源利用效率的最重要手段．而今能源危机又是当今世界的普遍难题，因此海洋减阻技术一直是国内外海洋科技领域的热点之一．
Ｒeceived19November2014，revised17December2014，accepted29December2014，available online28July2015．
*Corresponding author．E－mail：zhaowj@nimte．ac．cn，Tel：+86－574－86694901．
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China（51202263，51335010），the Scientific and Technological Innovative Team Project of Zhejiang Province（2011Ｒ50006）and the Ningbo Natural Science Foundation （2014A610132）．
国家自然科学基金项目（51202263和51335010）、浙江省创新团队（2011Ｒ50006）和宁波市自然科学基金项目（2014A610132）资助．
海洋中航行体在运行过程中一般需要克服三种阻力：一为兴波阻力，即航行体因为自身运动引起水波而形成的阻力，改进航行器设计可以减少兴波阻力；二为压差阻力，即航行体运动时其头部和尾部之间的压力差而形成的阻力，其与航行体的流线型等有关；三为摩擦阻力，即航行体运动时与周围水流摩擦而形成的阻力，其与航行体和水的接触面积及边界层各水层之间的切应力等有关．对于常规的运输机和船舶等，摩擦阻力约占全体阻力的50%；而对于水下运动的航行体如鱼雷、潜艇等，这个比例可高达70%．可见摩擦阻力是影响航行体速度和能耗的关键，减少摩擦阻力在整个海洋减阻领域中显得尤为重要［1－2］．
有关减阻技术的研究在20世纪30年代已相继开展，但直到20世纪60年代中期，研究主要集中于减小表面粗糙度，基本上基于表面越光滑阻力越小的传统思维方式．经过多年的努力，尤其是湍流理论的蓬勃发展，仿生减阻、微气泡减阻等减阻技术应运而生，并且有很好的应用前景［3］．
本文中将按减阻机理对现今重要的海洋减阻技术进行分类和总结，并简要介绍其研究现状．
1仿生减阻
仿生减阻是指向海豚、鲨鱼等在海水中游行速度较快的动物学习，从中汲取其精髓和灵感，根据其表面结构和器官功能设计减阻表面［4］．这些动物有以下几个特征：表皮具有一定形状沟槽织构，表皮都分布着一定的油脂；鲨鱼鳃部的入水和出水会产生一定的射流；海豚的表面表皮具有一定的弹性，表皮的下面是海绵状结构，里面有很多突起，突起之间充满液体［5］．根据这些动物的不同特征，发展出以下几种仿生减阻技术．
1．1沟槽表面减阻
沟槽表面减阻的灵感来源于鲨鱼表皮结构，鲨鱼的表皮并非光滑，而具有一定形状沟槽织构，这种抽象为棱纹形的非光滑表皮结构普遍被认为是鲨鱼能够在水中高速游动的重要原因，鲨鱼体表结构图见图1［6－7］．
70年代NASA兰利研究中心发现顺流向的微小沟槽表面能有效地降低壁面摩阻，突破了表面越光滑阻力越小的传统思维方式［2］．80年代开始，国外科学家陆续通过剪切应力平衡、压力损失测试盒飞行试验等手段就沟槽表面减阻进行了大量独立的试验［8］．Bechert等［8］对三角形和半圆形等形状的沟槽进行对比试验表明，V型沟槽被认为是最利于减阻的结构，具有极大的减阻潜力
．
Fig．1Surface structure of shark
图1鲨鱼体表结构［7］
1984年Walsh［9］的研究表明三角形截面的锯齿形沟槽（即V形沟槽）有最佳减阻效果，沟槽截面形状和尺寸如图2所示，并且证实其高度h和间距s 的无量纲尺寸h+≤25和s+≤30时具有减阻特性，此后的工作都是在此研究成果的方向下进行的
．
Fig．2Shape and size of groove－section［10］
图2沟槽截面形状和尺寸［10］
Neumann和Dinklack［11］将不同沟槽结构的回转体在轴向水流中以9m/s的速度转动，与光滑表面相比可减阻9%，在湍流区甚至能达到13%的减阻效果．Debisschop和Nieuwstadt［12］通过测定逆压力梯度沟槽表面减阻的影响，发现逆压力梯度可以提高到13%的减阻效果．Bixler和Bhushan［13－16］在封闭通道进行沟槽表面减阻的优化研究，实验参数包括几何形状、流体速度、流体黏度、沟槽组合、通道尺寸、润湿性和可伸缩性，发现低的h和h/s值、疏水纳米结构涂层等均能优化沟槽结构，用概念模型解释了漩涡和沟槽之间的交互作用，并详细地综述了近些年来沟槽表面减阻的研究进展和有关沟槽表面减阻机理的理论研究．
大量的研究工作都体现了沟槽表面减阻的可靠
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性和可应用性，而国外的实验研究则早已进入了工程实用阶段，空中客车公司将A320试验机表面积的70%贴上沟槽薄膜，发现能够有1% 2%的节油效果；NASA兰利中心对Learjet型飞机的飞行试验实现了减阻6%的减阻效果［2］．
我国在沟槽表面减阻方面的研究起步较晚，在80年代后期才陆续进行相关方面的探索性研究．王晋军等［2］对四种沟槽板进行减阻特性的研究，发现沟槽板局部减阻最大时h+=16．9、s+= 59，此时局部阻力减少高达13% 26%；王晋军等［17］还利用氢气泡流动显示技术，对沟槽面湍流边界层近壁区带条结构进行流动显示研究，通过统计分析发现沟槽板湍流边界层中低速带条无量纲间距及高速带条无量纲间距均符合对数正态分布，还对低速带条与减阻特性的关系进行了初步探讨，发现沟槽板的沟槽无量纲高度和间距为15 18时有较好的减阻效果．
黄桥高等［18］将脊状表面减阻技术应用于水下回转体，对回转体表面不同尺寸的V型脊状结构在多个速度下进行了数值仿真计算，通过与回转体光滑表面进行对比分析，发现了脊状结构的尺寸对回转体脊状表面减阻效果的影响规律：在同一速度下，相对光滑表面而言，回转体脊状表面所受的压差阻力略有增加，但占总阻力份额80%以上的黏性阻力则显著降低，从而形成减阻效果；当V型脊状结构的宽高比接近于1时，减阻效果较好；对于同一个回转体脊状表面，低速下的减阻效果明显较高速时更为显著．
程拼拼等［19］设计了一种在原始V型沟槽顶部两侧增加小尺度的三角形突起的二级沟槽表面，利用ＲNG k－ε湍流模型，比较原始V型沟槽和二级沟槽表面的流场分析数据，发现二级沟槽表面能够更有效地抑制边界层内湍流流动，减小流体流动的黏性阻力，从而具有更好的减阻效果．
目前，沟槽表面减阻机理主要为以下两种：
一为“第二涡群”论，该观点针对湍流产生机理和近壁区湍流相关结构模型而提出，该论点认为顺流向的沟槽与“反向旋转涡对”相互作用，诱发产生与“反向旋转涡对”方向相反的“二次涡”，限制了“反向旋转涡对”的展向运动，有效削弱了其集结以及向上抬升低速流体的能力，从而单位展长内低速带条的数目减少，阻碍了湍流猝发过程的进行，降低了湍流的猝发强度，提高了边界层流体运动的稳定性．这种强度较弱的湍流猝发过程，使湍流边界层的发展和边界层内动量的交换相应减弱，从而导致湍流摩擦阻力的降低［3，20］．
二为从黏性理论出发的“突出高度”论．“突出高度”是指沟槽表面尖峰到表观起点所在平面的距离．该理论认为在“突出高度”以下沟槽内的流动，绝大部分为黏性所阻滞，使流动更加稳定，相当于增加了黏性底层的厚度．但是该观点只考虑了沟槽表面上的纵向流．后来通过研究沟槽表面的纵向流和横向流发现，同一沟槽表面的纵向突出高度比横向突出高度大，当横向流流过沟槽表面时，尖峰以下大部分流动为黏性所阻滞，而当纵向流流过沟槽表面时，则只有相对较小的一部分流动被阻滞，从而可以证明沟槽表面对横向流的阻滞作用远远大于对纵向流的，后来发展的“突出高度之差”理论认为，尖峰阻碍了由湍流运动引起的瞬时横流的发生，因此沟槽表面起到了使边界层内整个湍流变化减弱，从而使其摩擦力减小的作用［3，21－22］．
1．2外加射流减阻
外加射流减阻由对鲨鱼鳃部的研究发展而来．仿生学研究发现，鲨鱼头部两侧分布有宽大的鳃部结构，在游动过程中，伴随着呼吸作用鲨鱼鳃部的入水和出水会产生一定的射流，这种射流对鳃部的局部流场产生影响，进而影响鲨鱼的游动阻力［23］
．
Fig．3Feature of shark gills［24］
图3鲨鱼鳃部特征图［24］
射流减阻技术作为一个新兴的研究领域，大多数研究者把注意力集中在航天领域，尤其是高超声速飞行器表面减阻［25］．国内外研究者们对侧向射流和逆向射流技术进行了一系列相关的研究［26－31］，发现均有很好的减阻效果．与此同时研究者们也渐渐将注意力投向了水下射流技术．赵刚等［32］基于鱼类鳃裂部位仿生射流表面理论分析，对仿生射流表面
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第4期莫梦婷，等：海洋减阻技术的研究现状
回转体进行射流试验，发现仿生射流表面具有较好的减阻效果，减阻率与实验模型转速、射流速度及射流孔径密切相关；射流最大减阻率达到10．8%．李芳等［25，33］利用ＲNG k－ε湍流模型对流体在多孔仿生射流表面上的流动特性进行数值模拟，发现所建立的各个模型均具有较好的减阻效果，随着流速比的增大减阻效果更为明显，最大减阻率为59．02%，对仿生射流表面减阻的机理进行了初步探讨，并解释了射流表面减小摩擦阻力的原因及对近壁区边界层的控制行为．
外加射流减阻机理是改变了射流表面附近流场的流动结构，对边界层进行了有效的控制．射流过程在射流孔下游区域形成漩涡，漩涡的不断发展增强了对流场边界层的影响，导致边界层厚度增大，从而影响模型受到的黏性阻力，而漩涡的不断发展变化使射流孔壁面附近产生反向流，消耗了湍流脉动能量，抑制了边界层的湍流猝发，降低了湍流脉动阻力，反向流速度随漩涡的发展而增大，对射流出口产生逆流向的推动作用，最终导致了摩擦阻力下降，此外受射流影响，在射流孔下游存在低压区域，使射流出口壁面受到的压差阻力减小［23－24，33－34］．
1．3柔性表面减阻
柔性表面减阻的生物原型是海豚的弹性表皮结构．上世纪50年代Kramer［35］发现海豚在游动过程中其表皮存在弹性波动，且能达到较高的游动速度，试验时最大减阻达50%．Choi等［36］通过水洞试验研究柔性表面的减阻效果时发现可减阻7%，且有证据显示边界层波动强度减少5%．Pavlov［36］运用计算机仿真的方法研究了海豚背部柔性表面的流体力学，发现柔性表面的形状参数与流体状态参数有关．Kulik等［38］用一种新的方法研究直接测量波动参数，波速与衰减的速率基于振幅和相位的测量，证实了柔性表面的减阻效果．Wu等［39］研究了不同频率、振幅和板长对柔性板流体流动特点的影响，发现柔性板跟刚性板相比更能积极控制非线性流体的涡旋脱落．
国内对柔性表面减阻的研究也逐渐展开．李万平等［40］在船模水池试验柔性表面的减阻作用，证实柔性表面在一定的速度范围内有明显的减阻作用，仅在平板一面敷设柔性壁最大减阻达15．7%．杨晓东等［41］以大柔度杆与滑板系统为研究对象，根据能量平衡原理，建立了柔性系统动力学模型，定量分析了柔度与速度变化量对滑动阻力的影响规律，并与刚性系统做了对比分析，柔性系统的最大减阻率可达27．2%．蔡书鹏等［42－44］在研究柔性表面减阻中，发现柔性圆管的柔性与流体脉动的相互作用即自激振动改变了紊动流场，其减阻效果确实存在；管摩系数随Ｒe变化趋势因壁厚而异；管外壁位移脉动的低频方均根值与减阻率存在正相关关系；在高雷诺数下，由于使用理论模型计算的管径膨胀引起的减阻率偏低，单重管的减阻率比实际值偏高；柔性管的壁压脉动强度受到大幅抑制；柔性管外壁的位移脉动与壁压脉动基本同步．顾建农等［45］利用PIV粒子图像测速技术测量不同性能的柔性壁对湍流边界层的减阻效果，并与刚性壁进行对比分析，发现柔性壁面的边界层速度分布在对数律上有所平移，具有特定性能的柔性壁具有一定的减阻作用．田丽梅等［46］设计了一种形态/柔性材料二元仿生耦合增效减阻功能表面，利用面层材料本身的弹性变形加上面层材料与基底材料表面上仿生非光滑结构的耦合，共同对流体进行主动控制，从而实现增效减阻功能，有效地提高了流体机械的效率．
关于柔性表面的减阻机理，当前的主要观点为柔性表面延迟了层流边界层向湍流边界层的转捩，使边界层最大程度地保持层流状态从而减小了阻力．边界层处的湍流脉动被柔性表面很好地吸收，从而使界面波动衰减，延缓湍流的进一步发展而达到减阻效果［23，47］．
2微气泡减阻
微气泡减阻是指利用水与空气的密度、黏度的差别，通过某种方式在船底形成一层薄的微气泡和水的混合物，在某种未知的机制作用下减小船体摩擦阻力［48］．
McCormick和Bhattacharyya［49］最先于1973年采用电解产生氢气气泡的方法来进行微气泡减阻试验，发现在低速条件下，表面缠有铜电极的回转体模型能够通过微气泡的方式减阻50%．Migirenko和Evseev［50］通过多孔不锈钢板喷气方法进行微气泡减阻试验，发现喷孔直径对减阻效果影响很大，当喷孔直径为1 3μm时，能获得较好的减阻效果；当喷孔直径为50 100μm时，几乎没有减阻效果．Bogdevich等［51］则在做平板的微气泡试验中发现，喷气流量是影响减阻效果的重要因素，当喷气流量增大时，减阻率会先达到一个饱和值，然后减阻率会随之减小．Madavan等［52］研究了浮力对微气泡减阻的影响，发现在低速时下表面的减阻率低于上表面．Deutsch和Castano［53］对回转体进行了微气泡减阻
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试验，发现减阻效果不仅与喷入气体的浓度和速度有关，还可能与气体在液体介质中的溶解度有关；通过比较平板和回转体的减阻效果，发现平板和回转体分别在5和17m/s时有最佳减阻效果．Pal等［54］对平板边界层中微气泡的形态特征和运动轨迹进行了研究，通过比较在平板上表面和下表面喷气发现，平板下表面不存在无气泡区，而平板上表面则反之，在喷气口后方微气泡发生不同程度的聚并现象，它是保持气泡扩散的重要因素．Seok等［55］对断阶滑行艇模型进行了水池拖曳试验，发现通气后模型的压差阻力和摩擦阻力均有了不同程度的减少，总阻力减少23%；断阶滑行艇的减阻效果比无断阶滑行艇好．Sanders等［56］在做平板微气泡试验时发现，在低流速和高喷气速度下，微气泡能够贯穿平板的整个底部，并且达到80%的减阻效果，可见获得稳定的微气泡在微气泡减阻中尤为重要．Karatay等［57］通过独特的疏水性微流控设备使微型气泡得以稳定可控地保持在微通道的边界，并通过实验和数值分析研究了微气泡几何滑移的影响，发现实验和数值分析结果一致，其中数值分析显示最大滑移长度对应于23%的减阻效果．Parmar等［58］考察了微气泡悬浮在表面活性剂溶液中通过管道流动的流体动力学特性，发现微气泡的存在会造成润湿性的增加，从而减小摩擦阻力；随表面活性剂浓度的增加，气泡直径降低，从而减小摩擦阻力．
国内关于微气泡减阻的相关研究起步较晚．杨素珍等［59］通过对大量试验资料的分析研究，分析了模型速度、模型尺度、导风压力与导风量对减阻的影响规律，并选出脚架的单排扁嘴导风方案，其减阻效果达15%以上．宋保维等［60］根据计算结果研究了边界层中的微气泡对平板表面摩擦阻力的影响，结果表明：在一定条件下，湍流边界层的表面可达到60%左右减阻效果，并且对微气泡减阻机理提出了一些设想．王家楣等［61］针对平底型船模，分别在船底部的首、中部安装多孔硅材料板以生成微气泡，在大型拖曳水池中进行了不同拖曳速度、喷气量、喷气形式的对比性试验，发现在相同条件下，船模首、中部同时喷气，减阻效果均优于仅在首部喷气的情况，总减阻率达32．8%．吴乘胜等［62］采用k－ω湍流模型，进行微气泡流动的数值模拟，分析计算了不同气泡直径及喷入速度、不同主流速度下对某三维回转体周围微气泡分布的影响规律，发现使用微气泡减阻的关键是生成足够小的气泡并使之尽量附着在模型表面附近以获得较高的空隙率．蔡红玲等［63］使用CFD商业软件FLUENT对气泡船进行流场数值模拟，分析不同航速、不同喷气量下的船底表面压力分布、气泡浓度分布和摩擦阻力系数等流场信息，得到的减阻率规律和气泡浓度分布与试验结果一致，说明该软件能准确地模拟气泡船流场，对以后的实验研究有着深远的意义．杨新锋等［64］设计了一种基于超声空化的微气泡产生电路，利用AD9850产生正弦信号，经功率放大电路后驱动换能器使其空化，产生的微气泡能稳定地附着在转盘湍流边界层内，且有较好的减阻效果，在工程上容易实现，具有优良的应用前景．欧勇鹏［65］为了揭示高速艇气层作用下的艇底流场特性及气穴减阻机理，基于VOF模型建立了气泡高速艇黏性兴波流场数值计算模型，对气泡高速艇不喷气以及饱和喷气下的黏性流场进行计算，分析了人造气腔对艇体压力、阻力的影响规律，并对减阻机理进行了初步探讨．朱效谷等［66］提出了一种电解水式驻留微气泡减阻技术可以实现对气泡形状和电解反应的自动控制，通过数值计算对一特定条件下驻留微气泡的理论减阻能力进行了讨论，发现固壁面材料的浸润性、微凹坑结构的形状和尺寸均能影响气泡驻留，并达到了25%的减阻率．根据总结微气泡减阻的国内外发展概况，微气泡减阻效果与喷气方式、喷口位置、气压、流量、速度、气泡层厚度以及气层在物面上的覆盖范围有关．但大多数的研究重点侧重于减阻效果［67］．为了解释当微气泡引入时如何减少平板摩擦阻力，基于当大量气泡引入湍流边界层时分子黏度和湍流介质黏度会改变，但在近壁面的速度梯度是不变的假设，Deutsch和Catan而提出了一种简单的应力模型．该模型有两个缺陷：其一，这一假设对边界层外区适用，但在近壁区还没有证据来肯定这种假设；其二，应用范围是在气泡的极限体积浓度不大于0．5的情况下得到的［68］．
对微气泡减阻机理的分析主要基于边界层结构的变化，微气泡对边界层结构主要有两个方面的影响：一为微气泡改变了流体局部有效的黏度和密度，导致局部湍流的雷诺数发生变化，加剧了湍流动量耗散，使各种湍流拟序结构和壁面之间的动量交换作用减小，因此降低了湍流摩擦阻力；二为微气泡可直接影响湍流边界层结构，使附壁区的流动发生变化［69－71］．两相湍流流动非常复杂，迄今为止微气泡减阻机理还没有完善的理论解释．目前认为，微气泡减阻的基本原因是微气泡改变了气液两相流的局部有效黏度和密度以及流体在壁面边界层的流动结
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第4期莫梦婷，等：海洋减阻技术的研究现状
构，从而降低了液体湍流摩擦阻力的作用．
3疏水/超疏水涂层减阻
疏水/超疏水涂层减阻是表面涂层减阻技术中的一种，根据表面涂层减阻技术的减阻机理的不同，分为以下三类：
第一类为高分子涂层减阻，是指在船体的头部不断喷出聚丙烯酰胺等高分子非牛顿流体化液体，或者将该药剂做成涂料涂覆在船底，该药剂在海水中慢慢溶解，使船周围海水非牛顿流体化，造成摩擦系数降低．但是该方法药剂溶解在海水中会逸散，消耗大量的药剂，成本较大，难以实现大规模工业化应用［72］．
目前认为高分子涂层的减阻机理如下：一是由于涂层表面溶解出来的线型高分子抑制初始剪切涡，吸收压力脉动能量；二是溶胀涂层的柔性效应抑制和吸收压力脉动，减小航行体阻力［73－74］．
第二类为自抛光涂层减阻，指的是将有自抛光作用的涂料涂覆在航行体表面，在航行过程中，防污涂料与海水接触的界面通过发生化学水解作用，将毒料释放出来，同时界面上被水解了的粘结剂经海水冲蚀脱离船底涂层表面，从而不断地保持船底表面毒料的有效浓度，保持船底涂层表面新鲜而又光滑，就像不断地对船底进行打磨和抛光，使船底任何时候都洁净光滑［75］．
传统涂料与自抛光涂料的区别在于：传统涂料的粘结剂和防污毒剂是物理性结合，因涂层析出毒剂形成蜂窝状结构，产生漩涡阻力，增大总的摩擦阻力；自抛光涂料的粘结剂和防污毒剂是化学性结合［76］．
由于前两者成本、环境等原因应用难度较大，研究者们主要将目光集中在了疏水/超疏水涂层减阻，也就是本文作者接下来要重点介绍的第三种表面涂层减阻技术．
超疏水表面是指液滴的接触角超过150?，滚动角不高于10?的表面．一般可以通过在材料表面修饰低表面能的物质来制备疏水表面涂层，但是有研究发现，即使使用最低表面能的氟硅烷单分子自组装修饰的光滑表面的接触角也不会超过120?，不能构成超疏水表面［77］．要获得超疏水表面，需要疏水性材料及其表面微纳复合结构的共同作用［78］．Udagawa等［79］研究了直径为6和12mm的涂覆有超疏水涂层的管道，得到了14%的减阻效果．Choi等［80］采用纳米主结构构成超疏水表面应用于管道中，发现压力降低20% 30%，且二级微纳米结构构成的超疏水表面的减阻效果大于一级结构的疏水表面．Henoch等［81］通过超疏水表面减阻试验，发现比起对层流产生的减阻效应，超疏水表面对湍流的减阻效应更加明显．Woolford等［82］通过PIV粒子图像测速技术测量超疏水表面的湍流流动，发现肋条方向与流动方向一致时，摩擦系数减少11%，肋条方向与流动方向垂直时，反而会造成摩擦系数的增加．Daniello等［83－84］进行了微图案化超疏水表面减阻试验，发现在层流体系没有明显的减阻，并且存在临界雷诺数；另外进一步研究了微图案化超疏水圆柱体通道，发现与光滑的圆柱体相比，疏水性涂层会增加回流区的长度和宽度，同时减少其升力系数和流漩涡的强度．
国内对疏水/超疏水涂层减阻的研究在上世纪90年代后期相继展开．
田军等［74］在铝合金平板表面上涂覆一层非常薄的低表面能涂层，得到18% 30%的减阻效果．余永生等［85］通过对光滑的和粗糙的、亲水性的和疏水性的平板在水槽中进行了测力和边界层流场测量，发现材料的疏水性和壁面的适度粗糙的共同作用才能表现出明显的层流减阻效果．吕田等［78］针对超疏水表面功能材料在流动减阻方面的潜在应用，用数值模拟方法研究了超疏水性圆管内的湍流流动特性，发现其在不同Ｒe下表现出不同的阻力特性，当Ｒe大于此临界值时，超疏水性圆管内的湍流流动表现为减阻；反之，则为增阻．郝秀清等［86］通过PIV 粒子图像测试技术对水在超疏水微通道和亲水微通道中的速度流动情况进行实验测定与对比分析，发现超疏水表面与亲水表面相比确实有减阻效果，最大减阻效果可达8．72%．宋保维等［87］采用VOF多向流模型进行数值仿真研究，发现超疏水表面凹槽结构附近产生压差阻力导致凹槽内部形成了低速漩涡，产生推动效应与涡垫效应；超疏水表面减阻率随凹槽槽宽增大而增大，随来流速度的增大而减小，受凹槽深度影响不显著，矩形凹槽与V形凹槽与U形凹槽相比能产生更好的减阻效果．黄桥高等［88］对具有微观形貌的超疏水表面在湍流状态下的流场特性和减阻规律进行了仿真研究，发现超疏水表面对近壁区流场结构具有明显影响，气液界面处产生了显著的滑移流动现象，并且微观形貌的存在和尺寸对超疏水表面减阻效果都具有显著影响．
目前对于超疏水减阻机理的研究尚未得到统一．科学家们根据不同的超疏水体系提出了各自相
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应的减阻机理．其中，比较经典的两种解释为以下两种：一为Navier提出的壁面滑移模型．该模型认为，当流体流经疏水表面时，由于凹槽内部的低速漩涡造成与凹槽外部高速水流之间的气－液接触，形成了涡垫效应，因此产生了壁面滑移，减小了边界面上的速度梯度，从而降低了边界上的剪切力，推迟了层流附着面流态的转变，使得附着面的层流流态更加稳定，增加了层流边界层的厚度；同时疏水表面微凸柱间的流体剖面形状证实了无剪切空气－水界面确实存在，以上因素的共同作用产生了减阻效果．超疏水表面与一般的固体表面的不同之处在于：一般的固体表面，有较强的残余化学键，表面能较高，能够吸附近壁面的流体分子，使之难以产生滑移；而超疏水表面具有超低的表面能，流体流动时产生的剪切力可以平衡固体表面分子和流体分子间的吸引力，从而在近壁面形成速度滑移［89］．二为McHale提出的plastron效应模型．该模型认为，当超疏水表面与水接触时，表面可以固定一层空气层，利用空气层的阻隔作用，液固界面转换为气液界面和气固界面．气膜的存在减小了液固接触带来的较大阻力［3，78，90］．另外从材料学角度分析，减阻的一个主要原因是超疏水表面的低表面能效应降低了固体分子与液体分子之间的黏滞阻力［91］．
基于超疏水表面出现的滑移效应这一突出性质［77］，科学家们对于滑移理论进行了进一步的研究．Ｒuckenstein和Ｒajora［92］通过实验测量足够小直径的疏水表面毛细管中的流体的滑移速度，测得了一个相对较高的表面扩散系数值，这表明滑移发生在气层上而非在固体表面上．原因可能是夹带和溶解的气体在毛细管中造成压力降导致滑移剧增．Lum等［93］提出了一种对于小型和大型非极性物质在水中溶剂化的统一和普遍适用的理论，而且固液界面间会存在一个气层，而这个气层是疏水表面产生滑移的原因．Tretheway和Meinhart［94－95］通过PIV 粒子图像测试技术分别测量了流体流经两个无限大平板之间和30μm?300μm通道的速度剖面，指出在微观和纳米尺度考虑疏水表面流体流动的滑移效应．Ou等［96－97］通过一系列的实验证明涂覆超疏水涂层的管道对层流有显著的减阻效应，通过超疏水表面压力降减少40%，表观滑移长度大于20mm．黄桥高等［98］通过水洞实验研究了具有超疏水表面航行器模型的阻力特性，得到了超过20%的减阻效果．并对超疏水表面进行了滑移特性分析，认为比表面能化学组成和表面微观结构分别导致了超疏水表面的低表面能效应和壁面滑移效应，两者共同促进了超疏水表面的减阻作用．于广锋等［91］采用滑移理论计算和数值模拟方法研究超疏水表面的减阻性能，发现层流流动状态的二维微通道滑移壁面对流动阻力的影响的理论计算结果与数值计算结果符合较好，而湍流状态的数值模拟数据表面，在目前可实现的滑移速度范围内，滑移壁面对水下航行器的流体阻力影响并不显著．卢思等［99］采用了碳纳米管缠绕技术和聚氟硅氧烷疏水化处理方法制备了具有二级微纳米结构的超疏水表面，通过比较由该超疏水表面构建的槽道中的流动压降和普通表面构建的槽道内的流动压降，发现在湍流的情况下，超疏水表面的减阻效果比层流更加明显，并利用PIV粒子图像测试技术测量得到了超疏水表面速度滑移和湍动脉动场方面的信息，分析了湍流减阻效果比层流更加明显的物理机制．
对于超疏水表面的滑移理论方面的研究仍处于发展之中，比如目前对于滑移产生的原因还存在着各种各样的解释，基于超疏水表面滑移效应所产生的减阻新技术也是当前的研究热点之一．总而言之，关于滑移效应的机理还有待进一步的研究［77］．
4结束语
本文中主要总结了仿生减阻、微气泡减阻和疏水/超疏水涂层减阻这三大类有着巨大应用前景的海洋减阻技术，除此之外，还有聚合物溶液减阻、电磁减阻等由于工程应用难度较大等原因不再赘述．通过对现有海洋减阻技术的总结和分析，对其今后的研究重点有以下几点展望：
第一，单一的减阻技术向多种减阻技术相结合，发挥协同减阻作用．比如研究表明，具有低表面能的疏水壁面对微气泡减阻效果有显著的促进作用，壁面的疏水特性可以与微气泡的减阻机理协同作用，壁面的疏水性能有利于吸附微气泡增加微气泡逃逸壁面所需的能量［71］．
第二，将对减阻效果的研究向减阻机理转变．从对各类海洋减阻技术的总结来看，大多数的研究侧重其减阻效果，而对其减阻机理的研究有少量且滞后的特点，今后可以将更多的研究重点放在减阻机理上来．
第三，结合先进表面制备技术，在减阻表面涂层的制备中，引入3D打印微制造技术，精确控制材料表/界面形貌实现减阻．第四，用理论指导实践，充分利用表面流场数学模拟，将各类海洋减阻技术工程
115
第4期莫梦婷，等：海洋减阻技术的研究现状
应用化．
参考文献：
［1］Ｒen J．Drag reduction technology of underwater vehicle［J］．Machinery，2012（08）：51－53（in Chinese）［任佳．水下航行
器减阻技术研究［J］．机械制造，2012（08）：51－53］．
［2］Wang J J．Ｒeviews and prospects in turbulent drag reduction over riblets surface［J］．Journal of Beijing University of
Aeronautics and Astronautics（Social Sciences Edition），1998
（01）：35－38（in Chinese）［王晋军．沟槽面湍流减阻研究综
述［J］．北京航空航天大学学报，1998（01）：35－38］．
［3］Ke G X，Pan G，Huang Q G，et al．Ｒeviews of underwater drag reduction technology［J］．Advances in Mechanics，2009（05）：
546－554（in Chinese）［柯贵喜，潘光，黄桥高，等．水下减阻
技术研究综述［J］．力学进展，2009（05）：546－554］．
［4］Zhao W J，Wang L P，Xue Q J．Development and research progress of surface texturing on improving tribological
performance of surface［J］．Tribology，2011（06）：622－631（in
Chinese）［赵文杰，王立平，薛群基．织构化提高表面摩擦学
性能的研究进展［J］．摩擦学学报，2011（06）：622－631］．［5］Ｒidgway S H，Carder D A．Features of dolphin skin with potential hydrodynamic importance［J］．IEEE Engineering in
Medicine and Biology Magazine，1993，12（3）：83－88．
［6］Li H M．Direct Numerical simulation of drag reduction of underwater aircraft and drag reduction mechanism analysis［D］．
Harbin：Harbin Institute of Technology，2006（in Chinese）［李慧
明．水下航行器减阻技术数值模拟及机理分析［D］．哈尔滨：
哈尔滨工业大学，2006］．
［7］Bechert D W，Bruse M，Hage W，et al．Fluid mechanics of biological surfaces and their technological application［J］．
Naturwissenschaften，2000，87（4）：157－171．
［8］Bechert D W，Bruse M，Hage W，et al．Experiments on drag－reducing surfaces and their optimization with an adjustable
geometry［J］．Journal of Fluid Mechanics，1997，338：59－87．［9］Walsh M J．Optimization and application of riblets for turbulent drag reduction［J］．AIAA，1984，0347．
［10］Wang J J，Lan S L，Miao F Y．Drag－reduction characteristics of turbulent boun dary layer flow over riblets surfaces［J］．
Shipbuilding of China，2001（04）：4－8（in Chinese）［王晋军，
兰世隆，苗福友．沟槽面湍流边界层减阻特性研究［J］．中国
造船，2001（04）：4－8］．
［11］Neumann D，Dinkelacker A．Drag measurements on V－grooved surfaces on a body of revolution in axial flow［J］．Applied
ScientificＲesearch，1991，48（1）：105－114．
［12］Debisschop J，Nieuwstadt F．Turbulent boundary layer in an adverse pressure gradient－effectiveness of riblets［J］．AIAA
Journal，1996，34（5）：932－937．
［13］Bixler G D，Bhushan B．Fluid drag reduction with shark－skin riblet inspired microstructured surfaces［J］．Advanced Functional
Materials，2013，23（36）：4507－4528．
［14］Bixler G D，Bhushan B．Fluid drag reduction and efficient self－cleaning with rice leaf and butterfly wing bioinspired surfaces
［J］．Nanoscale，2013，5（17）：7685－7710．
［15］Bixler G D，Bhushan B．Shark skin inspired low－drag microstructured surfaces in closed channel flow［J］．Journal of
Colloid and Interface Science，2013，393：384－396．
［16］Bixler G D，Bhushan B．Bioinspired micro/nanostructured surfaces for oil drag reduction in closed channel flow［J］．Soft
Matter，2013，9（5）：1620－1635．
［17］Wang J J，Chen G．Experimental studies of the near wall turbulent coherent structures over riblets surfaces［J］．ACTA
Aeronautica ET Astronautica Sinica，2001（05）：400－405（in
Chinese）［王晋军，陈光．沟槽面湍流边界层近壁区拟序结构
实验研究［J］．航空学报，2001（05）：400－405］．
［18］Huang Q G，Pan G，Hu H B，et al．Numerical simulation research on drag reduction over riblet structure with different size
of gyroidal object［J］．Fire Control＆Command Control，2011
（03）：35－38，44（in Chinese）［黄桥高，潘光，胡海豹，等．回
转体表面不同尺寸脊状结构的减阻数值仿真［J］．火力与指
挥控制，2011（03）：35－38，44］．
［19］Cheng P P，Jiang C G，Wu C W．Numerical simulation of drag reduction characteristics in bionic secondary micro－grooved
surface［J］．China Sciencepaper，2014（08）：940－943（in
Chinese）［程拼拼，蒋成刚，吴承伟．仿生二级微沟槽表面减
阻特性数值模拟［J］．中国科技论文，2014（08）：940－943］．［20］Bacher E，Smith C．A combined visualization－anemometry study of the turbulent drag reducing mechanisms of triangular
micro－groove surface modifications［C］．In American Institute
of Aeronautics and Astronautics，Shear Flow Control Conference，
Boulder，CO，Mar12－14，1985，11p．USAF－supported
research．1985．
［21］Walsh M J．Ｒiblets［J］．Viscous drag reduction in boundary layers，1990，1：203－261．
［22］Sha H．Theoretical and experimental researchs on drag and noise reduction with riblets under water［D］．Xi’An：Northwestern
Polytechnical University，2002（in Chinese）［沙辉．随行波表面
水下减阻降噪的理论及实验研究［D］．西安：西北工业大学，
2002］．
［23］Zhao H L．Study on drag reduction characteristic and drag reduction mechanism of bionic jetting surface［D］．Harbin：
Harbin Engineering University，2011（in Chinese）［赵华琳．仿
生射流表面减阻特性及减阻机理研究［D］．哈尔滨：哈尔滨
工程大学，2011］．
［24］Gu Y Q，Zhao G，Zhao H L，et al．Simulation study on drag reduction characteristics of bionic jet flow based on shark gill
［J］．Journal of China Ordnance，2012（10）：1230－1236（in
Chinese）［谷云庆，赵刚，赵华琳，等．仿鲨鱼鳃部射流减阻特
性的仿真研究［J］．兵工学报，2012（10）：1230－1236］．［25］Li F，Zhao G，Liu W X，et al．Simulation on flow control and drag reduction with bionic jet surface［J］．Journal of Basic
Science and Engineering，2014（03）：574－583（in Chinese）
［李芳，赵刚，刘维新，等．仿生射流表面流场控制减阻数值
模拟［J］．应用基础与工程科学学报，2014（03）：574－583］．［26］Meyer B，Nelson H，Ｒiggins D W．Hypersonic drag and heat－
215摩擦学学报第35卷
transfer reduction using a forward－facing jet［J］．Journal of
Aircraft，2001，38（4）：680－686．
［27］Josyula E，Pinney M，Blake W B．Applications of a counterflow drag reduction technique in high－speed systems［J］．Journal of
Spacecraft andＲockets，2002，39（4）：605－614．
［28］Venukumar B，Jagadeesh G，Ｒeddy K P J．Counterflow drag reduction by supersonic jet for a blunt body in hypersonic flow
［J］．Physics of Fluids，2006，18（11）：请补充页码．
［29］Chen L W，Wang G L，Lu X Y．Numerical investigation of a jet from a blunt body opposing a supersonic flow［J］．Journal of
Fluid Mechanics，2011，684：85－110．
［30］Aruna S，Anjalidevi S P．Computational study on the influence of jet on reduction of drag over cone flare bodies in hypersonic
turbulent flow［C］．In International Conference on Modelling
Optimization and Computing，ＲＲajesh，K Ganesh，and S C L
Koh，Editors，Elsevier Science Bv：Amsterdam，2012：3635－3
648．
［31］Geng XＲ，Gui Y W，Wang A L，et al．Numerical investigation on drag and heat－transfer reduction using2－D planar and
axisymmetrical forward facing jet［J］．ACTA Aerodynamica
Sinica，2006（01）：85－89（in Chinese）［耿湘人，桂业伟，王安
龄，等．利用二维平面和轴对称逆向喷流减阻和降低热流的
计算研究［J］．空气动力学学报，2006（01）：85－89］．
［32］Zhao G，Gu Y Q，Xu G Y，et al．Experimental study on drag reduction characteristics of bionic jet surface［J］．Journal of
Central South University（Science and Technology），2012（08）：
3007－3012（in Chinese）［赵刚，谷云庆，许国玉，等．仿生射
流表面减阻特性实验研究［J］．中南大学学报（自然科学
版），2012（08）：3007－3012］．
［33］Li F，Zhao G，Liu W X，et al．Numerical simulation of drag reduction characteristics of the bionic jet surface with multiple
hole［J］．Journal of Jilin University（Engineering and
Technology Edition），2013：1（in Chinese）［李芳，赵刚，刘维
新，等．多孔仿生射流表面减阻特性数值模拟［J］．吉林大学
学报（工学版），2013：1］．
［34］Zhao G，Gu Y Q，Zhao H L，et al．Numerical simulation of the drag reduction characteristics of a bionic jet surface aperture
coupled with jet speed［J］．Journal of Harbin Engineering
University，2012（08）：1001－1007（in Chinese）［赵刚，谷云
庆，赵华琳，等．仿生射流表面孔径与射流速度耦合减阻特性
数值模拟［J］．哈尔滨工程大学学报，2012（08）：1001－1
007］．
［35］Kramer M O．Boundary－layer stabilization by distributed damping ［J］．JournaloftheAeronauticalSciences，1957，24（6）：459－460．［36］Choi K S，Yang X，Clayton B，et al．Turbulent drag reduction using compliant surfaces［J］．Proceedings of theＲoyal Society of
London．Series A：Mathematical，Physical and Engineering
Sciences，1997，453（1965）：2229－2240．
［37］Pavlov V．Dolphin skin as a natural anisotropic compliant wall ［J］．Bioinspiration＆biomimetics，2006，1（2）：31．
［38］Kulik V M，Lee I，Chun H．Wave properties of coating for skin friction reduction［J］．Physics of Fluids（1994－present），
2008，20（7）：075109．
［39］Wu J，Shu C，Zhao N．Investigation of flow characteristics around
a stationary circular cylinder with an undulatory plate［J］．
European Journal of Mechanics B－Fluids，2014，48：27－39．［40］Li M P，Yang X X．An experimental study on the drag reduction of compliant walls［J］．Journal of Hydrodynamics，1991（S1）：
108－112（in Chinese）［李万平，杨新祥．柔性壁减阻的试验
研究［J］．水动力学研究与进展（A辑），1991（S1）：108－
112］．
［41］Yang X D，Ｒen L Q．The flexibility reducing－resistance system models and its experimental study［J］．China Mechanical
Engineering，2001（08）：111－113，118（in Chinese）［杨晓东，
任露泉．仿生柔性减阻系统模型与试验研究［J］．中国机械
工程，2001（08）：111－113，118］．
［42］Cai S P，Tang C L，Li D M．Experimental validation study on turbulent flow region of flexible tubes［J］．Mining＆Processing
Equipment，2005（07）：100－101（in Chinese）［蔡书鹏，唐川
林，李大美．柔性管的紊流区域减阻效果的实验确认研究
［J］．矿山机械，2005（07）：100－101］．
［43］Cai S P，Tang C L，Zhang F H．Behavior on drag reducing by coupling flexible tubes with turbulent flow［J］．Journal of
Mechanical Engineering，2007（10）：41－45（in Chinese）［蔡
书鹏，唐川林，张凤华．柔性管与紊流耦合的减阻特性［J］．
机械工程学报，2007（10）：41－45］．
［44］Cai S P，Tang C L，Zhang F H，et al．Dynamic characteristics on friction drag reducti on for fluid transport using flexible tubes
［J］．Journal of Sichuan University（Engineering Science
Edition），2009（02）：24－28（in Chinese）［蔡书鹏，唐川林，张
凤华，等．柔性管流体输送紊流减阻的力学特征［J］．四川大
学学报（工程科学版），2009（02）：24－28］．
［45］Gu J N，Yan X，Zhang Z H，et al．Experimental investigation of drag－reducing for compliant wall by PIV measurement［J］．Ship
Science and Technology，2012（11）：82－85，121（in Chinese）
［顾建农，晏欣，张志宏，等．基于PIV测量的柔性壁减阻试
验［J］．舰船科学技术，2012（11）：82－85，121］．
［46］Tian L M，Gao Z H，Wang Y C，et al．Design and experiment of bionic coupling functional surface caused by dual factors of form
and flexible material［J］．Journal of Jilin University（Engineering
and Technology Edition），2013（04）：970－975（in Chinese）
［田丽梅，高志桦，王银慈，等．形态/柔性材料二元仿生耦合
增效减阻功能表面的设计与试验［J］．吉林大学学报（工学
版），2013（04）：970－975］．
［47］Carpenter P，Garrad A．The hydrodynamic stability of flow over Kramer－type compliant surfaces．Part1．Tollmien－
Schlichting instabilities［J］．Journal of Fluid Mechanics，1985，
155：465－510．
［48］Li Y．Mechanism research on drag reduction of ship by microbubbles［D］．Harbin：Harbin Engineering University，2011
（in Chinese）［李勇．船舶微气泡减阻机理研究［D］．哈尔滨：
哈尔滨工程大学，2011］．
［49］Mccormick M E，BhattacharyyaＲ．Drag reduction of a submersible hull by electrolysis［J］．Naval Engineers Journal，
315
第4期莫梦婷，等：海洋减阻技术的研究现状
1973，85（2）：11－16．
［50］Migirenko G，Evseev A．Problems of thermophysics and physical hydrodynamics［请补充文献类型〗，1974，Novosibirska，Nauka，
Ｒussia．］
［51］Bogdevich V，Evseev A，Malyuga A，et al．Gas－saturation effect on near－wall turbulence characteristics［C］．In2nd Int BHＲA
Fluid DragＲeduction Conf（United States），1977．
［52］Madavan N，Deutsch S，Merkle C，The effects of porous material on microbubble skin friction reduction．1983：Defense Technical
Information Center．请补充文献类型
［53］Deutsch S，Castano J，Microbubble skin friction reduction on an axisymmetric body，1985，DTIC Document．
［54］Pal S，Merkle C，Deutsch S．Bubble characteristics and trajectories in a microbubble boundary layer［J］．Physics of
Fluids（1958－1988），1988，31（4）：744－751．
［55］Seok－Ch’eon G，Bam－Woo H，Hee－Seok Y，et al．Formation of air cavity on the bottom of steeped semi－planing
boat and its effects on resistance［C］．In China－Korea Marine
Hydrodynamic Meeting．Shanghai，China，1997．
［56］Sanders W C，Winkel E S，Dowling DＲ，et al．Bubble friction drag reduction in a high－Ｒeynolds－number flat－plate
turbulent boundary layer［J］．Journal of Fluid Mechanics，2006，
552：353－380．
［57］Karatay E，Haase A S，Visser C W，et al．Control of slippage with tunable bubble mattresses［J］．Proceedings of the National
Academy of Sciences of the United States of America，2013，110
（21）：8422－8426．
［58］ParmarＲ，Majumder S K．Hydrodynamics of microbubble suspension flow in pipes［J］．Industrial＆Engineering Chemistry
Ｒesearch，2014，53（9）：3689－3701．
［59］Yang S Z，Han H S，Zhang M G．Experimental investigation into the reduction of resistance of high－speed craft by safacub
technique［J］．Shipbuilding of China，1985（04）：24－30（in
Chinese）［杨素珍，韩洪双，张铭歌．滑行艇“导风垫气”减阻
试验研究［J］．中国造船，1985（04）：24－30］．
［60］Song B W，Huang J Q．A study on the drag reduction of the plate by microbubbl es［J］．Journal of Hydrodynamics，1989（04）：105
－114（in Chinese）［宋保维，黄景泉．微气泡降低平板阻力的
研究［J］．水动力学研究与进展，1989（04）：105－114］．［61］Wang G M，Jiang M S，Zheng X W，et al．Study of drag reduction of vessel model by microbubble with different injection
forms in the towing basin［J］．Journal of Huazhong University of
Science and Technology（Nature Science Edition），2004（12）：
78－80（in Chinese）［王家楣，姜曼松，郑晓伟，等．不同喷气
形式下船舶微气泡减阻水池试验研究［J］．华中科技大学学
报（自然科学版），2004（12）：78－80］．
［62］Wu C S，He S L．Numerical simulation of microbubble flow and analysis of the m echanism of drag reduction［J］．Journal of Ship
Mechanics，2005（05）：30－37（in Chinese）［吴乘胜，何术龙．
微气泡流的数值模拟及减阻机理分析［J］．船舶力学，2005
（05）：30－37］．
［63］Cai H L，Chen K J．Numerical simulation of drag reduction by
bubbles［J］．Transportation Science＆Technology，2008（04）：
112－114（in Chinese）［蔡红玲，陈克强．气泡减阻数值模拟
［J］．交通科技，2008（04）：112－114］．
［64］Yang X F，Yuan B C，Chen L G，et al．Experimental study on drag reduction by micro－bubbles［J］．Journal of
Hydrodynamics，2009（01）：89－94（in Chinese）［杨新峰，苑秉
成，陈立纲，等．微气泡减阻实验研究［J］．水动力学研究与
进展A辑，2009（01）：89－94］．
［65］Ou Y P，Dong W C．Study on high－speed air cavity craft form and mechanism of resistance reduction［J］．Journal of Harbin
Engineering University，2013（01）：51－57（in Chinese）［欧勇
鹏，董文才．气泡高速艇艇底气穴形态及减阻机理研究［J］．
哈尔滨工程大学学报，2013（01）：51－57］．
［66］Zhu X G，Li Y，Li W P．Feasibility analysis of drag reduction using trapped micro－bubbles by water electrolysis［J］．Journal
of Ship Mechanics，2014（10）：1165－1174（in Chinese）［朱
效谷，李勇，李文平．电解水式驻留微气泡减阻技术及其可行
性分析［J］．船舶力学，2014（10）：1165－1174］．
［67］Dong W C，Zhou C，Zhang J．Gyroidal model experiment on resistance and noise reduction by bubbly layer［J］．Journal of
Naval University of Engineering，2011（03）：5－9（in Chinese）
［董文才，周晨，张军．回转体气层减阻降噪模型试验研究
［J］．海军工程大学学报，2011（03）：5－9］．
［68］Liang Z Y．Numerical simulation of the friction resistance of a flat plate by micro－bubbles［J］．Journal of Ship Mechanics，
2002（04）：14－23（in Chinese）［梁志勇．微气泡减少平板摩
擦阻力的数值模拟［J］．船舶力学，2002（04）：14－23］．［69］Gao J J．The numerical simulation of microbubble drag reduction in high－speed ship［D］．Harbin：Harbin Institute of
Technology，2010（in Chinese）［高杰强．高速船舶微气泡减阻
数值模拟研究［D］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010］．
［70］Huang Y S，Zhang L J，Wang Z．Calculation of microbubble sheet drag reduction by a model of boundary layer［J］．Ship
Engineering，2004（01）：13－16（in Chinese）［黄衍顺，张丽
君，王震．微气泡层减阻的边界层模型计算［J］．船舶工程，
2004（01）：13－16］．
［71］Li Z．The study of drag reduction of microbubbles on nonsmooth surface with hydrophobic property［D］．Dalian：Dalian University
of Technology，2013（in Chinese）［李政．非光滑疏水表面的微
气泡减阻技术研究［J］．大连：大连理工大学，2013］．
［72］Zhu X F，Wang J．Study on drag reduction effect of the polymer coating in water［J］．Science and Technology of Overseas
Building Materials，2006（02）：6－7（in Chinese）［朱秀芳，王
钧．高分子涂层在水中减阻效果的研究［J］．国外建材科技，
2006（02）：6－7］．
［73］Jin S X．Polymer drag reducing coating［J］．Journal of Naval University of Engineering，1987（01）：86－94（in Chinese）［金善
熙．高分子减阻涂料［J］．海军工程大学学报，1987（01）：86－
94．
［74］Tian J，Xue Q J．Drag reduction of water cylinder on low surface energy coating in the plate［J］．Chinese Science Bulletin，1996
（18）：1667－1669（in Chinese）［田军，薛群基．平板上低表
415摩擦学学报第35卷
面能涂层的水筒减阻研究［J］．科学通报，1996（18）：1667－
1669］．
［75］Wang Y J．Self－polishing antifouling coating［J］．Technology and Economy Information of Ship Bulldings Industry，1995（08）：
23－25（in Chinese）［王以娟．自抛光防污涂料［J］．船舶工业
技术经济信息，1995（08）：23－25］．
［76］Fei B K．Effective way of reducing friction resistance of ships ［J］．Ship Science and Technology，1984（07）：66－72（in
Chinese）［费丙昆．降低船舶摩擦阻力的有效途径［J］．舰船
科学技术，1984（07）：66－72］．
［77］Wang X L，Di Q F，ZhangＲL，et al．Progress in theories of super－hydrophobic surface slip effect and its application to drag
reduction technology［J］．Advances in Mechanics，2010（03）：
241－249（in Chinese）［王新亮，狄勤丰，张任良，等．超疏水
表面滑移理论及其减阻应用研究进展［J］．力学进展，2010
（03）：241－249］．
［78］Lv T，Chen X L．Numerical simulation of drag reduction of circular pipe with superhydrophobic wall in turbulent flow［J］．
Journal of Shanghai Jiaotong University，2009（08）：1280－1283
（in Chinese）［吕田，陈晓玲．超疏水性圆管湍流减阻的数值模
拟［J］．上海交通大学学报，2009（08）：1280－1283］．
［79］Udagawa H．Drag reduction of Newtonian fluid in a circular pipe with a highly water－repellent wall［J］．J Fluid Mech，1999，
381：225－238．
［80］Choi C－H，Ulmanella U，Kim J，et al．Effective slip and friction reduction in nanograted superhydrophobic microchannels［J］．
Physics of Fluids（1994－present），2006，18（8）：087105．［81］Henoch C，Krupenkin T，Kolodner P，et al．Turbulent drag reduction using superhydrophobic surfaces［J］．In3rd AIAA
Flow Control Conference，2006．
［82］Woolford B，Prince J，Maynes D，et al．Particle image velocimetry characterization of turbulent channel flow with rib
patterned superhydrophobic walls［J］．Physics of Fluids（1994－
present），2009，21（8）：085106．
［83］DanielloＲJ，Waterhouse N E，Ｒothstein J P．Drag reduction in turbulent flows over superhydrophobic surfaces［J］．Physics of
Fluids（1994－present），2009，21（8）：085103．
［84］DanielloＲ，Muralidhar P，Carron N，et al．Influence of slip on vortex－induced motion of a superhydrophobic cylinder［J］．
Journal of Fluids and Structures，2013，42：358－368．
［85］Yu Y S，Wei Q D．Experiments on the drag－reduction of non－wetting materials［J］．Experiments and Measur in Fluid
Mechanics，2005（02）：60－66（in Chinese）［余永生，魏庆鼎．疏
水性材料减阻特性实验研究［J］．实验流体力学，2005（02）：60
－66］．
［86］Hao X Q，Wang L，Ding Y C，et al．Study on the dray reduction of the superhydrophobic surface［J］．Lubrication Engineering，2009
（09）：25－28（in Chinese）［郝秀清，王莉，丁玉成，等．超疏水
表面的减阻研究［J］．润滑与密封，2009（09）：25－28］．［87］Song B W，Yuan X，Hu H B．Simulating flow field of superhydrophobic surface in laminar flow to reduce its drag［J］．
Journal of Northwestern Polytechnical University（Social
Sciences），2012（05）：712－717（in Chinese）［宋保维，袁潇，
胡海豹．层流状态下超疏水表面流场建模与减阻特性仿真研
究［J］．西北工业大学学报，2012（05）：712－717］．
［88］Huang Q G，Pan G，Song B W，et al．Numerical simulation of superhydrophobic surface’s flow field characteristic and drag
reduction rule［J］．Journal of Ship Mechanics，2014（Z1）：1－11
（in Chinese）［黄桥高，潘光，宋保维，等．超疏水表面流场特性
及减阻规律的数值仿真研究［J］．船舶力学，2014（Z1）：1－
11］．
［89］Liu J Z．Preparation and anti－drag property of self－assembly superhydrophobic coating［D］．Dalian：Dalian University of
Technology，2012（in Chinese）［刘金钊．自组装超疏水涂层的
制备及其减阻性能研究［D］．大连：大连理工大学，2012］．［90］Dong H Y．Preparation of surface drag reduction coatings and research on the factors［D］．Beijing：Beijing University of
Chemical Technology，2013（in Chinese）［董红玉．表面减阻涂
层的制备及减阻因素分析［D］．北京：北京化工大学，2013］．［91］Yu A F，Liu H W．Analysis on drag reduction of super－hydrophobic surface based on slip theory［J］．Tribology，2013
（02）：191－195（in Chinese）［于广锋，刘宏伟．基于滑移理论
的超疏水表面减阻性能分析［J］．摩擦学学报，2013（02）：191
－195］．
［92］Ｒuckenstein E，Ｒajora P．On the no－slip boundary condition of hydrodynamics［J］．Journal of Colloid and Interface Science，
1983，96（2）：488－491．
［93］Lum K，Chandler D，Weeks J D．Hydrophobicity at small and large length scales［J］．The Journal of Physical Chemistry B，
1999，103（22）：4570－4577．
［94］Tretheway D C，Meinhart C D．Apparent fluid slip at hydrophobic microchannel walls［J］．Physics of Fluids（1994－
present），2002，14（3）：L9－L12．
［95］Tretheway D C，Meinhart C D．A generating mechanism for apparent fluid slip in hydrophobic microchannels［J］．Physics of
Fluids（1994－present），2004，16（5）：1509－1515．
［96］Ou J，Perot B，Ｒothstein J P．Laminar drag reduction in microchannels using ultrahydrophobic surfaces［J］．Physics of
Fluids（1994－present），2004，16（12）：4635－4643］．［97］Ou J，Ｒothstein J P．Direct velocity measurements of the flow past drag－reducing ultrahydrophobic surfaces［J］．Physics of
Fluids（1994－present），2005，17（10）：103606］．
［98］Huang Q G，Pan G，Wu H，et al．Investigation about drag reduction water tunnel experiment and mechanism of
superhydrophobic surface［J］．Journal of Experiments in Fluid
Mechanics，2011（05）：21－25（in Chinese）［黄桥高，潘光，武
昊，等．超疏水表面减阻水洞实验及减阻机理研究［J］．实验
流体力学，2011（05）：21－25］．
［99］Lu S，Yao Z H，Hao P F，et al．Drag reduction in turbulent flows over superhydrophobic surfaces with micro－nano textures［J］．
Mechanics in Engineering，2013（04）：20－24（in Chinese）［卢
思，姚朝晖，郝鹏飞，等．微纳结构超疏水表面的湍流减阻机
理研究［J］．力学与实践，2013（04）：20－24］．
515
第4期莫梦婷，等：海洋减阻技术的研究现状