【中文摘要】固液界面摩擦与固体表面结构和性质的相互关系是一个涉及多种因素的综合课题, 开展这方面的研究对水下航行体减阻、流体输运、MEMS技术以及生物医学等领域的应用具有重要实际价值。本项目拟利用表面改性和薄膜/涂层技术制备不同的表面材料和结构，考察各种表面结构与不同流体的润湿行为，进而从理论和实验两个方面研究固液界面润湿行为对层流和湍流条件下近壁面流场的影响规律，以大量样本试验为基础, 结合理论分析, 建立固体材料表面结构、表面润湿性、界面摩擦、流动状态之间关系和变化规律的经验公式及理论模型。研究结果将丰富减阻理论，并为实际应用提供实验和理论依据，直至开发相应的实用技术。
【结题摘要】固体表面结构和性质对固液界面摩擦的影响非常复杂。开展这方面的研究对减阻理论和技术的发展具有重要意义。建立了激光诱发反应表面改性技术、基于激光微加工的表面加工技术和相应的装备，可以用于制备特征尺寸从数微米到毫米量级的表面织构；研发了小型水洞，可用于0～15m/s流速范围内的阻力测量与流场观察；建立了微摩擦和粘着测量装置，可用于在微牛量级载荷范围内研究界面（固固和固液）摩擦和粘着行为；研制了高温界面摩擦测量装置，可用于在室温至1000℃范围内研究固体和熔融物质之间的界面摩擦行为。利用所开发的各种研究手段，考察了若干种材料和表面几何结构与不同液体的润湿行为及影响规律，通过改变工艺参数获得不同的表面组成和表面结构可以实现表面能的控制。在上述工作基础上开展了固液界面摩擦研究，考察了固液界面摩擦与固液界面润湿行为之间的关系，建立了三维湍流场数值解的基本方法和计算程序，基于流场分析研究了界面滑移对固液界面摩擦的影响规律，建立了界面滑移与减阻效率之间的关系，探讨了界面滑移的减阻机理；研究结果表明，流体在固体壁面上产生滑移是降低壁面摩擦的有效途径。通过对比检验，论证了数模方法的计算精度和可靠性。