海豚特殊的皮肤结构具有减阻功能，模仿其结构，设计了一种具有实际工程应用价值的仿生耦合功能表面，将其应用到离心式水泵的叶轮表面，进行水泵增效试验研究。研究结果表明：这种仿生耦合功能表面可提高离心式水泵效率3%及以上；仿生耦合功能表面面层材料的硬度对水泵的效率影响显著。分析认为其增效机制主要在于：表面面层材料与基底材料仿生结构的耦合变形降低了叶轮流道壁面的摩擦力及吸收流体介质对叶轮进、出口湍动能的方式实现对流体介质的控制，从而降低离心泵水力损失，实现增效。

海豚（tursiops truncates）游动速度很快，通常在30-40公里/小时，有些个体甚至可以以55公里/小时的速度游动，并能维持很长的时间。海豚的皮肤主要由较为光滑的表皮层、真皮层和肌肉脂肪层构成，如图1所示。其皮肤的特殊构造使其具有高弹性的特点，也是其动态控制流体介质，获得减阻性能的主要原因之一。海豚作为一种温血动物，在高速游动过程中，其皮肤表面与流体边界层之间具有9℃左右的温度差，在通过弹性的皮肤组织结构控制流态的同时，也会通过柔性壁面温度差来调控流体边界层的动力黏性，从而实现协同减阻。

图1. 海豚（a）及其皮肤结构（b）。

海豚等温血动物利用皮肤弹性、体表温度控制流体介质实现减阻现象的启发下，在仿生皮肤减阻试验中发现弹性材料因较差的导热性能从而影响其减阻特性的前提下，提出构建并制备一种弹性导热功能兼备的仿生表面。该功能表面，除能及时将该热能传递给流体介质，避免功能表面的老化之外，同时，还可以通过壁面温度来达到控制流体实现协同减阻的目的。

以聚氨酯模仿海豚皮肤的表层，利用铸铁材料模仿海豚皮肤的真皮层及肌肉层，构建了异质层状仿生耦合功能表面，流体边界层的速度梯度减小，导致摩擦力减小（图2）。将其应用到了离心式水泵叶轮表面和水泵叶轮流道内，并对水泵进行增效减阻研究，得到了很好的减阻效果，仿生泵的效率提高了3%~5%。

图2. 流体边界层的速度梯度减小，导致摩擦力减小（a，b）。仿生功能面可以控制不稳定波的波长，从而主动获得减阻效果（c）。

该仿生功能表面可以应用于舰船、车辆、管道、泵与风机等流体机械与设备中。目前的应用比较广泛的包括叶轮上的铸造表面形态结构（a）、叶轮上的涂层表面材料（b）和仿生泵（c）。其中，应用于仿生泵的仿生功能表面使其效率提高了3%~5%。

图3. 仿生功能表面的工程应用。

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  任露泉，田丽梅，Kramer M. O.