เรือเดินทะเลต้องเผชิญกับการต่อสู้อย่างต่อเนื่อง เพื่อรักษาการเคลื่อนไหว พวกเขาต้องเอาชนะการลากของน้ำที่อยู่รอบตัวอย่างต่อเนื่อง เมื่อพิจารณาว่าการขนส่งทางเรือคิดเป็น 4% ของการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลทั้งหมด การปล่อยมลพิษที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและมลพิษที่มีฝุ่นละอองในสัดส่วนที่ใกล้เคียงกันมากกว่ารถยนต์ทุกคันในโลกรวมกัน เป็นที่ชัดเจนว่าการลดการลากนี้
แม้แต่เพียง
เล็กน้อย เศษส่วนจะก่อให้เกิดประโยชน์มากมาย เนื่องจากการลากส่วนใหญ่ประกอบด้วยแรงเสียดทานระหว่างผิวหนังของตัวถังที่กำลังเคลื่อนที่และน้ำที่อยู่นิ่งรอบๆ การหล่อลื่นพื้นผิวนี้เพื่อลดการเคลื่อนที่ของแรงเสียดทานจึงช่วยลดการลากทั้งหมดได้อย่างมาก เรามักจะคิดว่าน้ำมันหล่อลื่นเป็นของเหลว
เช่น น้ำมัน แต่เมื่อเกิดการเสียดสีระหว่างของแข็งกับของเหลว ก๊าซคือทางเลือกเดียวสำหรับการหล่อลื่น ตัวอย่างเช่น ตอร์ปิโดสามารถ “บิน” ใต้น้ำได้ด้วยความเร็วที่เหนือความคาดหมาย ถ้าไอน้ำปริมาณมากกลืนกินทั้งลำด้วยวิธีการที่เรียกว่าซุปเปอร์คาวิเทชัน นอกจากนี้ การเป่าฟองอากาศที่ด้านล่าง
ของลำเรือจะทำให้เรือเคลื่อนที่เร็วขึ้นด้วยกำลังขับเคลื่อนที่กำหนดคุณอาจถามว่าทำไมเราถึงไม่มีเรือที่ใช้น้ำมันหล่อลื่นอยู่รอบๆ ตัวเราแล้ว ปัญหาคือสารหล่อลื่นที่เป็นของเหลวบนพื้นผิวของแข็งไม่เหมือนกับน้ำมันหล่อลื่นที่เป็นก๊าซบนพื้นผิวของแข็งในของเหลว (เช่น อากาศในน้ำ) จะออกจากพื้นผิว
ความยุ่งยากนี้ช่วยอธิบายได้ว่าทำไมพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำยิ่งยวด (SHPo) จึงน่าตื่นเต้นมากเมื่อในช่วงต้นทศวรรษ 2000 นักวิจัยเริ่มพิจารณาการใช้งานเพื่อลดการลาก พื้นผิว SHPo เป็นพื้นผิวที่ขับไล่น้ำได้รุนแรงกว่าปกติมาก ตัวอย่างเช่น พื้นผิวเทฟล่อนจะไล่น้ำออก โดยสร้างมุมสัมผัสประมาณ 110°
ระหว่างหยดน้ำกับพื้นผิว อย่างไรก็ตาม เมื่อวัสดุไม่ซับน้ำตามธรรมชาติดังกล่าวถูกทำให้หยาบ น้ำจะเกาะอยู่บนความหยาบราวกับว่าลอยอยู่ในอากาศในพื้นผิวที่ขรุขระ โดยมีมุมสัมผัสเพิ่มขึ้นมากกว่า 150° ผลที่ตามมาก็คือ น้ำจะพุ่งขึ้นและไหลออกมาตรงๆ เมื่อพื้นผิวเอียง เอฟเฟกต์ “ใบบัว” นี้เป็นหัวข้อ
ที่ได้รับ
ความนิยมอย่างมากในด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา หากพื้นผิวของ SHPo ขับไล่น้ำได้ดี พวกเขาจะต้องลดการลากของน้ำ – มิฉะนั้นความคิดก็ดำเนินไป ย้อนกลับไปที่กระบวนการหล่อลื่นด้วยแก๊สที่กล่าวถึงข้างต้น สันนิษฐานว่าก๊าซจะคงอยู่บนพื้นผิว
และทำให้สามารถหล่อลื่นแรงเสียดทานของน้ำได้ด้วยชั้นก๊าซที่ไม่กระจายตัวในที่สุด แม้จะมีความคาดหวังเชิงตรรกะนี้และกิจกรรมการวิจัยมากมายทั่วโลกในช่วง 15 ปีที่ผ่านมา จนถึงขณะนี้ยังไม่มีสิ่งพิมพ์ใดรายงานการสาธิตที่ประสบความสำเร็จของการไม่ชอบน้ำยิ่งยวดซึ่งช่วยลดการลากของเรือในน้ำทะเล
บทความนี้กล่าวถึงสาเหตุที่เป็นเช่นนั้น และมีแสงสว่างที่ปลายอุโมงค์หรือไม่ เพื่อระบุปัญหา เรามาแยกประเด็นกัน ประการแรก อย่างน้อยในทางทฤษฎีเป็นไปได้หรือไม่ที่จะได้รับการลดแรงต้านที่ประเมินค่าได้โดยใช้พื้นผิว SHPo สำหรับการใช้งานจริง เช่น เรือ ประการที่สอง พื้นผิว จะช่วยเราไม่ต้องเติมน้ำมัน
หล่อลื่นที่เป็นก๊าซอย่างต่อเนื่องหรือไม่? ประการที่สาม การผลิตและนำพื้นผิว SHPo ดังกล่าวไปใช้งานจริงจะประหยัดหรือไม่ แทนที่จะคงอยู่บนพื้นผิว และน่าเสียดายที่การจ่ายก๊าซที่หมดไปอย่างรวดเร็วอย่างต่อเนื่องนั้นใช้พลังงานจำนวนมาก ซึ่งมีแนวโน้มจะไปตัดพลังงานที่ประหยัดได้จากการหล่อลื่น
ลดการลากเพียงพอหรือไม่ ในทางวิทยาศาสตร์ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าชั้นของอากาศ (เรียกว่า “พลาสตรอน”) บนพื้นผิว SHPo ในน้ำจะช่วยหล่อลื่นการเคลื่อนที่และช่วยลดแรงต้าน คำถามที่แท้จริงคือเรากำลังพูดถึงการลดจำนวนเท่าใด ตัวอย่างเช่นหากมากกว่า 10% นั่นจะมีความหมายในทางปฏิบัติ
อย่างไรก็าม
หากการลดลงต่ำกว่า 1% เราจะไม่คาดหวังผลกระทบมากนักในโลกแห่งความเป็นจริง แม้ว่ามันจะยังน่าสนใจในทางวิทยาศาสตร์ก็ตาม แม้จะมีความน่าตื่นเต้นที่เกิดจากคุณค่าทางวิทยาศาสตร์ของแนวคิดนี้ และผลการทดลองบางอย่างที่สนับสนุนในช่วงต้น ชุมชนการวิจัยต้องใช้เวลาเกือบ 10 ปี
ในการทำความเข้าใจว่าจะสามารถลดการลากได้มากเพียงใด และพื้นผิว SHPo ประเภทใด เมื่อมองย้อนกลับไป มีเหตุผลสองสามประการที่ทำให้การพัฒนาช้าลงอย่างชัดเจน ประการแรก ความไม่ชอบน้ำเกี่ยวข้องกับการลดการลาก แต่ไม่ใช่โดยตรง เนื่องจากไดนามิกของน้ำจำนวนมากและหยดน้ำ
มีความแตกต่างกันโดยพื้นฐาน พื้นผิวที่เอื้อต่อการกลิ้งของหยดน้ำจึงไม่จำเป็นต้องลื่นกว่าน้ำที่ไหลผ่านอย่างต่อเนื่อง แนวคิดพื้นฐานและยังคงแพร่หลายอยู่ นั่นคือหาก SHPo กันน้ำได้ดี มันก็จะลื่นมากเมื่อโดนน้ำที่ไหลผ่าน ซึ่งตอนนี้เป็นที่ทราบกันดีว่ามีข้อบกพร่อง
ประการที่สอง มีความสับสนระหว่างการลดการลากและ “ความลื่น” ของพื้นผิว แนวคิดเหล่านี้มีความเชื่อมโยงกัน แต่ไม่เหมือนกัน: จำนวนการลดการลากไม่ได้กำหนดโดยความลื่นของพื้นผิวเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระบบการไหลที่ใช้พื้นผิวด้วย ซึ่งหมายความว่าสำหรับพื้นผิวที่ลดการลากที่กำหนด
เราอาจได้รับการลดการลาก 50% ในช่องขนาดเล็ก แต่ไม่สามารถลดลงแม้แต่ 0.1% บนเรือ การผสมผสานนี้ทำให้ยากที่จะเปรียบเทียบพื้นผิว SHPo หนึ่งกับอีกพื้นผิวหนึ่งในแง่ของความสามารถในการลดการลาก แหล่งที่มาที่สามของความล่าช้าเกี่ยวข้องกับการวัด การทำงานในช่วงแรกๆ
บนพื้นผิว SHPo รายงานว่าการลดลงของแรงต้านลดลงอย่างมากอย่างน่าเหลือเชื่อ ซึ่งตอนนี้เรารู้ว่าเป็นไปไม่ได้ ในหลายกรณี ข้อผิดพลาดดูเหมือนจะมาจากความท้าทายในการวัดการลดการลากอย่างแม่นยำ แม้ว่าแนวโน้มที่สังเกตอาจถูกต้อง แต่จำนวนการลดลงที่แท้จริงนั้นผิด ข้อมูลการทดลองที่ไม่ถูกต้องแต่เนิ่นๆ เหล่านี้อาจทำให้การสร้างฐานความรู้สำหรับการลดการลากของ SHPo ช้าลง
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
