大型油轮螺旋桨穿上“海豚皮肤“，30万吨油轮变身环保先锋

在浩瀚的海洋上，30 万吨超大型油轮宛如一座座移动的钢铁城堡，承载着全球经济的命脉。然而，这些巨轮的航行也消耗着大量的能源，并对环境产生不可忽视的影响。如今，一种创新的仿生柔性减阻材料的应用，正为这些海洋巨人带来革命性的改变。


一、船用仿生蒙皮减阻节能技术的应用：超大型油轮的绿色之旅


1、首次应用于 30 万吨超大型油轮


首艘安装宁波材料所和中远海能联合研发的仿生蒙皮螺旋桨的 30 万吨级超大型油轮，近日顺利完成 3 个航次的原油运输任务后靠泊泉州港码头。这是国际上首次将仿生柔性减阻材料应用于如此规模的油轮。


2、显著的节能效果


在长达近 200 天、里程逾 3.5 万海里的航行中，航线往返于中国沿海和中东各大港口。监测数据显示，螺旋桨表面敷设仿生蒙皮后，实船油耗下降约 2%。按此计算，一艘超大型油轮每年可节约燃油 300 吨以上，直接经济效益在 100 万元以上，减少二氧化碳排放量 900 吨以上。


3、严格的认证与合规


该仿生柔性减阻材料在实船应用前取得了中国船级社产品认证，满足控制船舶有害防污底系统国际公约要求，确保了其安全性和环保性。



二、仿生蒙皮的技术创新点


仿生蒙皮，即参照海豚皮的物理和化学特性，通过人工合成方法，制备出的具有类似海豚皮特征的人造材料。项目研究人员巧妙地将具有仿海豚皮特征的蒙皮材料应用于巨型油轮的螺旋桨表面，以提高螺旋桨推进效率。巨型油轮螺旋桨效率随载货量和航速变化而变化，通常为60%至70%之间。船用发动机在驱动螺旋桨旋转时，能耗的约70%转化为推力，约15%消耗于螺旋桨剪切水做功，剩余约15%则消耗于螺旋桨反推力对水做功。


众所周知，海豚、鲨鱼等海洋生物在海里游动时具有极低的阻力，主要由于其表面的微结构、柔弹性和表面粘液分泌特性。海豚表皮在水流作用下，形成微结构，产生微涡流，将水流与表皮的滑动摩擦转变为滚动摩擦；结合表皮粘液的润滑特性，有效降低水流的湍流动能，降低水与表皮之间的剪切力。


对于人造的仿生减阻材料而言，表面微结构和柔弹性易于实现，但要模仿海豚表皮长期粘液分泌的特性，则相对比较困难，“类液态”材料有效解决了这一问题。



1、模仿海豚皮肤的特性


仿生蒙皮通过精细的工艺，模仿了海豚皮肤的微观结构。这种微观结构能够有效地减少水流的阻力，提高能量的利用效率。


2、降低水阻力的机制


其表面的微结构能够产生微涡流，将水流与表皮的滑动摩擦转变为滚动摩擦，结合表面特性有效降低水流的湍流动能和水与表皮之间的剪切力。


3、材料的独特优势


由具有“类液态”特征的动态界面材料与具有特定尺寸微结构的柔性材料耦合而成，既保持了固体材料的强度，又能达到类似于“粘液”的滑移特征，据研究人员介绍，仿生蒙皮正是由具有“类液态”特征的动态界面材料与具有0.1-0.2毫米尺寸微结构的柔性材料耦合而成，敷设于螺旋桨表面后，能够降低螺旋桨与水之间的剪切力，并减少反推力对水的做功，进而提高了螺旋桨效率，降低了能耗。


三、仿生蒙皮在超大型油轮上的应用前景


1、船队推广的潜力


鉴于船用仿生柔性减阻材料在实船上取得的良好节能减排效果，中远海能计划将该减阻材料推广至旗下的 100 余艘油轮船队，这将带来显著的经济效益和环境效益。


2、行业引领的意义


该应用有望为整个航运业树立榜样，推动更多船舶采用类似的创新技术，实现绿色航运的目标。


四、仿生蒙皮的未来应用领域


1、航空航天的梦想之翼


在航空领域，仿生蒙皮有望应用于飞机的机身和机翼表面，减少空气阻力，降低油耗，提升飞行速度和航程。


2、汽车行业的风驰电掣


汽车领域也能受益于这项技术。用于车身和关键部件，可降低风阻，提高燃油经济性，增强电动汽车的续航能力。


3、管道运输的高效通道


在管道运输中，内壁敷设仿生蒙皮能够减少流体阻力，提高输送效率，降低能耗和运营成本。


4、水利工程的节能先锋


水利设施如大坝、水闸和渠道的表面应用仿生蒙皮，可优化水流，提高发电效率，减少水资源的浪费。


5、体育竞技的速度秘籍


体育器材如赛车、自行车和游泳装备采用仿生蒙皮，能够帮助运动员突破速度的极限。


6、能源开发的助力之手


在风能发电中，应用于风力发电机叶片，提高风能转化效率；在海洋能开发中，为相关设备提供减阻支持。


7、其他船舶类型的应用


除了超大型油轮，仿生蒙皮技术还可应用于各种类型的船舶，如货轮、集装箱船等，以提高整个航运业的能源效率。


仿生柔性减阻材料在 30 万吨超大型油轮上的成功应用，为航运业的可持续发展带来了新的希望。宁波材料所的创新研究和技术突破，将继续推动这一技术的不断完善和广泛应用，为实现“双碳”目标和建设美丽海洋贡献力量。


未来展望：无限可能的创新之路


仿生蒙皮技术如同一颗璀璨的新星，在材料科学的天空中闪耀着光芒。随着研究的不断深入和技术的持续完善，它将在更多领域发挥重要作用，为人类的发展和环境的保护贡献力量。


宁波材料所将继续引领这一技术的创新与发展，与各界携手合作，共同开启一个更加绿色、高效、可持续的未来。


相信在不久的将来，仿生蒙皮技术将成为推动各行业进步的强大动力，让我们的生活变得更加美好。


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来源：贤集网
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