مطالعه تجربي ساخت سطوح دندانه‌دار كاهنده نيروي پسا با استفاده از روش پردازش نور ديجيتال (DLP)

Experimental Study on the Fabrication of Drag Reducing Riblet Surfaces by Using DLP Technique

طبيعت زنده يك منبع اصلي براي ارائه طرح‌هاي خلاقانه جهت حل مشكلات فني است. پوست بدن كوسه‌هاي سريع به دليل وجود ساختارهاي دندانه‌اي با نيروي پساي پايين، منبعي براي الهام از طبيعت براي بسياري از كاربردهاي مهندسي است. هدف اصلي در اين پژوهش بررسي توانايي روش‌هاي ساخت افزايشي و بكارگيري تكنيك پرينت سه‌بعدي در ساخت سطوح دندانه‌دار كاهنده نيروي پسا است. در اين مطالعه سطوح دندانه‌دار الگو گرفته شده از پوست كوسه‌هاي سريع طراحي شده و با استفاده از روش پرينت سه‌بعدي پردازش نور ديجيتال (DLP) در ابعاد ميكرون از رزين زرد رنگ ساخته شده است. سپس يك كانال بسته از جنس پلكسي گلاس كه سطح پاييني آن شامل سطح دندانه‌داراست، جهت ارزيابي قابليت اين سطوح در كاهش افت فشار طراحي و ساخته شده است. يك سامانه مهندسي شامل، پمپ، روتامتر، مخزن آب، اتصالات، مبدل فشاري، منبع تغذيه و نمايشگر براي اندازه‌گيري ميزان افت فشار درون كانال از سطوح مختلف ساخته شده است. تست‌ها براي رينولدزهاي مختلف براي سطوح دندانه‌دار گوناگون ساخته شده انجام و نتايج مربوط به مقادير افت فشار با داده‌هاي تجربي نمونه شاهد مقايسه شده است. نتايج بيانگر توانمندي سطوح دندانه‌دار ساخته شده در كاهش افت فشار درون كانال است.

Nature and living organisms provide an abundance of creative designs that can be used to solve many technical and engineering problems. Fast swimming shark skin is covered with low drag microstructures which is a good source of inspiration from nature for numerous engineering applications. The main objective of this research is to explore the abilities of additive manufacturing methods and to use 3D printing technology to fabricate drag-reducing riblet surfaces. Thus, the shark skin imitated riblet surfaces have been designed and fabricated in micron scale by using a yellow resin specially-formulated for 3D printers and the DLP technique. Then, a closed channel made of Plexiglas with its bottom surface covered with a riblet surface has been designed and constructed to evaluate the ability of these surfaces in reducing the pressure drop. An engineering system including a pump, rotameter, water tank, connecting tubes, differential pressure transmitter, power supply and monitor has been installed to measure the amount of pressure drop across the channel for various riblet surfaces. The tests have been performed for different Reynolds numbers and various riblet surfaces, and the pressure drop results have been compared with empirical data for a channel with simple sample. The findings indicate the ability of riblet surfaces in reducing the pressure drop across the channel.