خلاصه اختراع

یکی از مهم ترين مشخصات آب گريزي سطح طول لغزش مي باشد. طول لغزش مقداري ميكروسكوپي است كه مي‏توان به كمك آن ميزان آب‌گريزي سطح را كمي كرد. با استفاده از اين كميت مي توان مقدار كاهش پساي اصطكاكي سطوح فوق آب گريز را پيش بيني كرد. اندازه‏گيري طول لغزش مشكل و پر هزينه بوده و دستگاهي كه بتواند به صورت كاربردي طول لغزش يك صفحه فوق آب گريز را در شرايط مختلف اندازه گيري كند وجود ندارد. بنابراين هدف اصلي از اين اختراع ارائه دستگاه آزمايشگاهي جهت اندازه‌گيري خواص آب‌گريزي سطوح فوق آب‌گريز مثل ميزان طول لغزش، بر اساس اندازه گيري افت فشار جريان، مي باشد. همچنين به كمك اين دستگاه مي توان دوام در مقابل تنش برشي، دوام در مقابل فشار هيدرواستاتيك و رفتار سطح در شرايط جرياني مختلف را مورد ارزيابي قرار داد و بر مبناي اندازه گيري هاي انجام شده، مقدار كاهش پساي اصطكاكي را پيش بيني كرد. با كمك اين سيستم اندازه گيري، امكان اندازه گيري براي سطوح فوق آب گريز با زبري هاي مختلف نيز وجود دارد.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

این اختراع در مورد اندازه گیری مشخصه کاربردی سطوح فوق آب گریز به نام طول لغزش می باشد.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

بر اساس علم مکانیک سیالات نشان داده می شود که نیروی وارده بر یک صفحه تخت و افت فشار ایجادشده در یک کانال کاملاً ناشی از تنش برشی و یا نیروی اصطکاک سطحی است. در اجسام متقارن محوری نیز بخش عمده‌ای از نیروی پسای وارده به جسم (حدود )، نیروی پسای اصطکاکی است. یکی از روش های کاهش پسای اصطکاکی و افزایش سرعت اجسام در حال حرکت در آب استفاده از سطوح فوق آب گریز می باشد. سطوح فوق آب گریز به سطوحی اطلاق می گردد که زاویه تماسی استاتیکی آن ها بیش تر از 150 درجه و زاویه لغزش آن ها کم تر از 10 درجه باشد. یکی از مهم ترین مشخصات آب گریزی سطح طول لغزش می باشد. طول لغزش کمیتی ميكروسكوپي است كه مي‏توان به کمک آن میزان آب‌گریزی سطح را به صورت كمي ارزیابی كرد. همچنين با استفاده از این کمیت می توان مقدار کاهش پسای اصطکاکی سطوح فوق آب گریز را پیش بینی کرد. اندازه‏گيري طول لغزش مشکل و پر هزینه بوده و دستگاه مناسبی که بتواند به صورت کاربردی طول لغزش یک صفحه فوق آب گریز را در شرایط مختلف اندازه گیری کند وجود ندارد. بنابراین هدف اصلی از این اختراع ارائه یک دستگاه جهت اندازه‌گیری خواص آب‌گریزی سطوح فوق آب‌گریز مثل طول لغزش و میزان کاهش پسای اصطکاکی در جریان آرام و آشفته می باشد. از طرفی دیگر همان‌طور که می‌دانیم ارزیابی میزان کاهش پسای اصطکاکی سطوح آب‌گریز تولیدشده در اجسام واقعی (مثل شناورها، AUV ها و سایر زیر سطحی ها) مشکل و پرهزینه می‌باشد. انجام تست‌های تجربی مربوط به نمونه‌های مدل و اندازه‌گیری میزان دقیق کاهش پسای آن ها نیز به نیروسنج‌های بسیار دقیق نیاز داشته، که همین امر استفاده از این روش را نیز محدود می‌کند. در این اختراع یک سیستم اندازه گیری ارائه می گردد که با استفاده از آن می‌توان میزان کاهش پسای اصطکاکی مربوط به سطوح فوق آب‌گریز را در تنش‌های برشی مختلف در رژیم های جریانی آرام و آشفته اندازه‌گیری کرد و به کمک آن میزان کاهش پسای اصطکاکی نمونه‌های متقارن محوری سرعت‌بالا را تخمین زد.
• مشکل اول:
طول لغزش سطوح فوق آب گریز مشخصه کاربردی این سطوح بوده که تا کنون در دنیا جهت اندازه گیری آن دستگاه و روش جامعی به ثبت نرسیده است. این اختراع یک ابزار اندازه گیری بوده که امکان اندازه گیری طول لغزش سطوح فوق آب گریز را مهیا می کند.
• مشکل دوم:
پوشش های فوق آب گریز معمولا سطوحی زبر بوده که دارای پستی و بلند های فراوانی می باشند. همین موضوع باعث می شود که در اندازه گیری این سطوح مشکلاتی ایجاد شود. طراحی سیستم اختراع شده به نحوی است که قابلیت تنظیم شرایط را برای پوشش ها با ضخامت مختلف و زبری های سطحی مختلف فراهم می کند.
• مشکل سوم:
طول لغزش سطوح فوق آب گریز وابسته به تنش برشی جریان سیال روی سطح می باشد که باید در شرایط جریانی مختلف، مثل فشار و سرعت مختلف، اندازه گیری گردد. ابزار اندازه گیری ساخته شده این امکان را فراهم می کند که سطوح و پوششش های فوق آب گریز را در شرایط مختلف مورد نظر اندازه گیری نمود.
• مشکل چهارم:
مساله دیگر مربوط به سطوح فوق آب گریز پیش بینی مقدار کاهش پسای اصطکاکی این سطوح در شرایط مختلف به کار گیری جریانی می باشد. ابزار اندازه گیری ساخته شده این امکان را فراهم می کند که علاوه بر طول لغزش درصد کاهش پسای اصطکاکی را نیز اندازه گیری نمود.

ارایه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق و کافی و یکپارچه اختراع

از اهداف مهم این تحقیق ارائه روشی جهت اندازه‌گیری خاصیت آب‌گریزی برای سطوح آب‌گریز متفاوت در جریان آرام و آشفته می‌باشد. همان‌طور که می‌دانیم ارزیابی میزان کاهش پسای اصطکاکی سطوح آب‌گریز تولیدشده در نمونه‌های واقعی مشکل و پرهزینه می‌باشد. از طرفی انجام آزمایش‌های تجربی مربوط به نمونه‌های مدل و اندازه‌گیری میزان دقیق کاهش پسای آن به نیروسنج‌های بسیار دقیق نیاز داشته، که همین امر استفاده از این روش را نیز محدود می‌کند. روش دیگر استفاده از دستگاهی است که در اینجا میکروکانال نامیده شده است. با استفاده از میکروکانال می‌توان اندازه طول لغزش سطوح فوق آب‌گریز را در تنش‌های برشی مختلف اندازه‌گیری کرد و به کمک آن و بر اساس مقدار تنش برشی اندازه‌گیری شده میزان کاهش پسای اصطکاکی نمونه‌های متقارن محوری سرعت‌بالا را تخمین زد.