深入大自然:流体动力学

这是摘自摘自Terrapin Bright Green的《自然》报道。

流体动力学描述了液体和气体如何运动，旨在限制阻力的影响。运动中的每一个物体都会受到周围流体的摩擦和阻力产生的动量衰减效应。

现代社会使用过多的能源来克服这些影响在许多行业。从单细胞到座头鲸，生物移动液体-并通过它们移动-使用最小的能量。研究它们的动向有助于改善公用事业、仓储和配送、制造和运输等行业企业的能源状况。betway必威娱乐

策略

旋转的流

车辆，建筑物和工业设备，如管道，管道，发动机和涡轮机通常被简化，以创造理想化的层流而遭受损失，精力充沛或机械故障时，这些流动模式打破。动物及其它生物体杠杆理想化回旋流如螺旋涡流。通过利用甚至创造旋涡，而不是试图避开他们，植绒鸟类，昆虫蜂拥，鱼群和人类的心脏能够通过流体移动和移动以最小的能量消耗流体。公司如PAX科学使用这些洞察，以提供新的，低能量的过程，增加电力生产。

Constructal理论

自然界中的流体流动总是遵循最有效的路径。这一现象可以用建构理论来描述——研究自然界中生物和非生物系统如何优化流动系统。人体肺部的空气流动、树叶中的营养物质以及河流三角洲中的水都遵循这一原则，平衡各种流动阻力，从而创造出能量消耗最小的系统。流动阻力是系统中与流体运动相互作用的任何方面;同时对这些方面进行优化将产生性能优越的设计。Harbec在注塑模具的设计中使用了构造理论，模仿血管系统来移动冷却剂，从而更有效地利用热能。

现有产品

百合叶轮

风扇、搅拌器、泵和螺旋桨的目标都是移动流体——空气、水和类似的东西——使用尽可能少的能量。

设计的百合叶轮罗马帝国科学这家位于加利福尼亚的技术公司创造了螺旋流来移动液体。同样的策略——利用漩涡——也被鸟类和鱼群所采用。这种螺旋设计的重要性在于，它允许流体流动时减少摩擦，最大限度地减少将材料从一点移动到另一点所需的能量。PAX的技术是为特定行业量身定做的，提供了比传统技术更低的能源投入、更低的运行噪音和更高效的混合。PAX水——针对水和废水处理——可以有效地循环1000万加仑的水，使用的功率相当于3个100瓦的灯泡。这比传统技术所需的电力少得多，已经在1000个地点安装。PAX搅拌机技术——专注于流体混合至关重要的行业——能够减少所需的能源投入、资本成本和混合时间，同时提高产品产量。

结节技术

商业化的多伦多把它在美国，结节技术模拟了座头鲸鳍上形成涡流的凸起。由鲸鱼的结节产生的小漩涡可以延迟失速效果，允许在气流分离发生之前增加40%的攻角，并减少30%的阻力。环北系统公司已与WhalePower公司合作，将该技术用于大容量、低速吊扇。

与传统的风扇相比，这些带有夜光功能的风扇减少了20%的电力消耗，并降低了运行噪音。WhalePower公司也在将他们的技术商业化，用于风能产业，降低涡轮机噪音和机械疲劳。

产品在开发中

风力发电场

与水平轴风力涡轮机(HAWTs)不同，垂直轴风力涡轮机(VAWTs)提供更紧密的间隔、全方位的操作和更低的资本和维护成本。水平轴风力涡轮机的购买、安装和维护成本都很高，而且需要大面积的土地。John Dabiri加州理工学院为VAWT农场的生物灵感设计申请了专利。根据鱼群的漩涡，Dabiri已经证明了反向旋转、紧密间隔的涡轮机可以最大限度地减少VAWT农场中湍流的负面影响。

Although VAWT farms produce less power output overall, the spatial arrangements recommended by Dabiri result in wind farm power densities that are 10 times higher than HAWT farms (30 W/m2 compared to 3 W/m2), decreasing a system’s footprint and enabling medium and large sized VAWT installations to be more readily adopted. Dabiri’s designs have been implemented at an existing wind farm to improve power density and in Igiugig, Alaska, to provide high power output in this remote village. This innovative approach yields reductions in cost, wind farm size and environmental impacts.