看到一條魚，通常人們會想到餐桌上各種方法調制出來的魚類美食，然而對于仿生應用領域來說，浙江工業大學有這么一支團隊，他們想到的是如何將“深海霸主”鯊魚表皮上的溝槽和鰓裂射流機構運用到流體機械的減阻上，在流體機械上能夠完美地呈現減阻技術，從而實現節能降耗。
來到浙江工業大學，該校工業泵研究所博士谷云慶帶領的研發團隊在浙江省自然科學基金的資助下，立足于減阻技術需求，青年基金項目 “仿生非光滑射流表面耦合減阻特性及對邊界層控制研究”從2015年起始到2017年12月取得了階段性成果，并通過了結題驗收。
研發團隊通過理論和實驗研究的結果對比分析發現，仿生非光滑射流表面減阻效果明顯，可以實現主動控制，對節約能源、提高能源利用率具有重要作用，在船舶、航空等諸多領域具有廣泛應用前景；本研究以鯊魚為仿生原型，基于其鰓裂射流原型結構，建立多因素耦合下的仿生非光滑射流表面計算模型，采用計算流體力學方法，對于仿生非光滑射流表面減阻特性進行研究，旨在豐富和發展仿生非光滑射流表面減阻技術，拓寬仿生減阻研究領域，并為完善減阻機理提供理論支撐，將有助于提高國內減阻技術的發展，進一步延伸至流體機械上的應用設計和創新能力。
據了解，減阻技術具有很高的軍事價值和經濟價值，一直是研究的熱點問題之一，常規船舶表面摩擦阻力約占總阻力的 50%，水下航行器表面摩擦阻力甚至占總阻力的 70%。理論推算表明，在能源和動力恒定時，若航行器阻力減小 10%，則航程和巡航速度增加約3.57%；即便只能獲得較小的減阻效果，每年也能夠節約大量能源，對于緩解能源危機極為重要。生物通過自然選擇，獲得適合自身生存的特殊結構及功能，實現對外界環境的調控。仿生學通過模仿生物的特殊本領，并利用生物的結構和功能原理來研究新技術的一門新興邊緣學科。
而谷云慶博士的這個項目就是將減阻技術與仿生學融合在一起。目前綠色節能環保上升至國家戰略高度，環保產業支柱地位彰顯，谷云慶告訴記者，這個項目的研究意義就在于如何減少阻力來達到節能降耗的目的。“以前大家會認為物體表面越光滑，那么阻力就越小，而仿生學研究的意義在于不一定要求物體表面是光滑的，而在某個確定范圍內，也能達到減阻效果。我們這項研究基于鯊魚這一海洋生物體，它表皮的微型溝槽結構和呼吸的鰓裂射流功能，來研究減阻技術。”
谷云慶博士還介紹到，運用類比、模擬及模型方法是這項研究的重要特點，其目的不在于直接復制各個細節，而是要明確生物系統的工作原理，以實現特定功能。如，鯊魚游動過程中，為了維持體內穩定的水流，需要通過嘴不斷的攝入海水，以便有足夠的氧氣供自身呼吸，當體內海水經鯊魚吸收完氧分后，最終排出的水流在鰓裂處形成射流，伴隨呼吸的進行，射流過程不斷持續，并且射流改變了鰓裂附近的流場分布。鯊魚鰓裂射流的這種特殊功能能夠優化鯊魚體表流體邊界層的結構，將鯊魚鰓裂射流功能引入減阻問題的研究中，是一種新的減阻技術的主動控制方法。
據悉，目前該項項目已經有產學研合作方向，與石家莊一生產渣漿泵企業初步達成合作意向。原本的渣漿泵的泵體磨損嚴重，而通過用這項仿生減阻技術在泵體內部設計了溝槽，這樣渣漿泵正常運作可以減少磨損，使用壽命可以從原本的七天延長加至十多天，大大提高了工作效率。下一步谷云慶博士將和他的團隊進一步將泵體結構再優化，讓器械針對不同的煤礦或者漿液，以及針對特定的速度下設計適合的非光滑結構，從而提高企業的經濟效益。
