DE102010036408A1

DE102010036408A1 - Surface for placement in a flowing fluid, use of such surface and a method for reducing flow resistance

Info

Publication number: DE102010036408A1
Application number: DE201010036408
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Neumeyer Peter; Prof. Dr. Peinke Joachim
Original assignee: Carl Von Ossietzky Universitaet Oldenburg
Current assignee: Neumeyer Peter De
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2012-01-19
Also published as: EP2407674A2; EP2407674A3

Abstract

The surface (10) is formed by depressions (12) for resulting a stable rotational motion of a rotatable rotation medium (16) in the depressions. The rotational motion has a motion component in a contact area (23) associated in a surface plane (11). The motion component is directed in the direction of flow of a flowing fluid (13). An independent claim is also included for a method for reducing the flow resistance of a surface by placing surface planes and depressions.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fläche sowie die Verwendung einer solchen Fläche zum Anordnen in einem strömenden Fluid mit einer Oberflächenebene, und mit Vertiefungen zum Reduzieren des Strömungswiderstandes. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Reduzieren eines Strömungswiderstandes einer Fläche mit einer Oberflächenebene bei dem Vertiefungen in die Fläche eingebracht werden.The invention relates to a surface and the use of such a surface for placing in a flowing fluid having a surface plane, and depressions for reducing the flow resistance. Furthermore, the invention relates to a method for reducing a flow resistance of a surface with a surface plane in which recesses are introduced into the surface.

Derartige Gegenstände sind aus der DE 198 40 303 A1 und EP 1 469 198 A1 bekannt. Hiernach werden in die Oberfläche eines Fahrzeuges oder eines Rotorblattes kreissegmentartige Vertiefungen ähnlich zu der Oberfläche eines Golfballes eingeprägt. Mittels dieser Einprägungen werden gezielt Mikroturbulenzen an der Oberfläche und in der hydrodynamischen Grenzschicht des entlang der Oberfläche strömenden Fluids erzeugt. Der Strömungswiderstand ist hierdurch geringer als bei einer Oberfläche ohne derartige Vertiefungen.Such objects are from the DE 198 40 303 A1 and EP 1 469 198 A1 known. Thereafter, in the surface of a vehicle or a rotor blade circular segment-like depressions are impressed similar to the surface of a golf ball. By means of these impressions, microturbulences are selectively generated at the surface and in the hydrodynamic boundary layer of the fluid flowing along the surface. The flow resistance is thereby lower than for a surface without such depressions.

Nachteilig ist jedoch, dass sich an der Oberfläche keine laminare, sondern ausschließlich eine turbulente Grenzschicht ausbildet. Für einen möglichst geringen Strömungswiderstand sollte die Grenzschicht jedoch solange wie möglich in Strömungsrichtung des Fluids turbulenzfrei und laminar sein.The disadvantage, however, is that no laminar, but exclusively a turbulent boundary layer is formed on the surface. However, for the lowest possible flow resistance, the boundary layer should be turbulence-free and laminar as long as possible in the flow direction of the fluid.

Bei einer laminaren Grenzschicht besteht jedoch die Gefahr, dass die Dicke der Grenzschicht in Strömungsrichtung des Fluids derart anwächst, dass die Grenzschicht turbulent wird. Hierbei kann die Strömungssituation so instabil werden, dass auch außerhalb der Grenzschicht turbulente Strömungen auftreten. Hierdurch entstehen in einem ausgedehnten Raumbereich an vielen Stellen fortwährend große Geschwindigkeitsgradienten. Es ergeben sich hohe viskose Reibungswerte, die zu einem insgesamt hohen Strömungswiderstand für den Gegenstand führen. Unter dem Einfluss eines dynamischen Auftriebs werden die Gefahren für eine turbulente Strömung und einen hohen Strömungswiderstand noch verstärkt. So erhöhen die für den Auftrieb erforderlichen räumlichen Druckverteilungen der Strömung zusätzlich die Neigung zur Instabilität und der damit verbundenen Turbulenzbildung.In the case of a laminar boundary layer, however, there is a risk that the thickness of the boundary layer in the flow direction of the fluid increases in such a way that the boundary layer becomes turbulent. In this case, the flow situation can become so unstable that turbulent flows also occur outside the boundary layer. As a result, large velocity gradients continuously arise in an extended spatial area in many places. This results in high viscous friction values, which lead to an overall high flow resistance for the object. Under the influence of a dynamic buoyancy, the dangers of turbulent flow and high flow resistance are exacerbated. Thus, the required for the buoyancy spatial pressure distributions of the flow also increase the tendency to instability and the associated turbulence formation.

Somit ist es die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Fläche der Eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Grenzschicht in Strömungsrichtung des Fluids länger laminar ist und ein verringerter Strömungswiderstand realisierbar ist.Thus, it is the object underlying the invention to develop a surface of the type mentioned in such a way that the boundary layer in the flow direction of the fluid is longer laminar and a reduced flow resistance can be realized.

Zur Lösung ist die erfindungsgemäße Fläche dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Vertiefung zum Ausbilden einer stabilen Rotationsbewegung eines rotierbaren Rotationsmittels in der Vertiefung ausgebildet ist, und dass die Rotationsbewegung in einem der Oberflächenebene zugeordneten Kontaktbereich eine in Strömungsrichtung des Fluids gerichtete Bewegungskomponente hat. Das Verfahren der Eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweils einer Vertiefung ein rotierbares Rotationsmittel zum Ausbilden einer stabilen Rotationsbewegung in der Vertiefung zugeordnet wird, und dass das Rotationsmittel in die Rotationsbewegung versetzt wird, wobei das Rotationsmittel in einem der Oberflächenebene zugeordneten Kontaktbereich mindestens teilweise in Strömungsrichtung des Fluids bewegt wird.To solve the surface according to the invention is characterized in that the respective recess for forming a stable rotational movement of a rotatable rotating means is formed in the recess, and that the rotational movement in a surface plane associated contact region has a directed in the flow direction of the fluid movement component. The method of the type mentioned above is characterized in that in each case a rotatable rotatable means for forming a stable rotational movement in the recess is assigned, and that the rotation means is set in the rotational movement, wherein the rotation means in a surface plane associated with the contact area at least partially Flow direction of the fluid is moved.

Hierbei ist von Vorteil, dass der Geschwindigkeitsgradient in dem der Oberflächenebene zugeordneten Kontaktbereich zwischen dem Rotationsmittel und dem über die Oberflächenebene strömenden Fluid geringer ist als der Geschwindigkeitsgradient zwischen dem strömenden Fluid und den starren Oberflächenanteilen ohne das sich in Strömungsrichtung bewegende Rotationsmittel. Zum Ausbilden einer stabilen Rotationsbewegung kann die Vertiefung eine geeignete Aufnahme zum Aufnehmen des rotierbaren Rotationsmittels aufweisen.In this case, it is advantageous that the velocity gradient in the surface plane associated contact area between the rotating means and the fluid flowing over the surface plane is less than the velocity gradient between the flowing fluid and the rigid surface portions without the moving in the direction of rotation rotating means. To form a stable rotational movement, the depression may have a suitable receptacle for receiving the rotatable rotation means.

Der Kontaktbereich ist der Bereich, in dem sich das Rotationsmittel und das über der Vertiefung entlang der Oberflächenebene strömende Fluid berühren. Demnach ist die Differenzgeschwindigkeit zwischen dem strömenden Fluid und dem Rotationsmittel in dem der Oberflächenebene zugeordneten Kontaktbereich kleiner als die Differenzgeschwindigkeit des direkt über die starre Oberfläche strömenden Fluids. In dem der Oberflächenebene zugeordneten Kontaktbereich wirkt auf die sich nach der Prandtlschen Grenzschichttheorie ergebenden hydrodynamischen Grenzschicht eine verminderte Kraft im Vergleich zu den starren Oberflächenanteilen. Hierdurch wächst die Dicke der Grenzschicht in Strömungsrichtung des Fluids weniger stark an. Damit ist die Grenzschicht in Strömungsrichtung des Fluids länger laminar.The contact area is the area in which the rotating means and the fluid flowing over the recess along the surface plane contact each other. Thus, the differential velocity between the flowing fluid and the rotating means in the contact surface associated with the surface plane is less than the differential velocity of the fluid flowing directly across the rigid surface. In the contact region assigned to the surface plane, a reduced force acts on the hydrodynamic boundary layer resulting according to Prandtl's boundary layer theory in comparison with the rigid surface portions. As a result, the thickness of the boundary layer increases less strongly in the flow direction of the fluid. Thus, the boundary layer in the flow direction of the fluid is longer laminar.

In der Summe erfährt die Grenzschicht des Fluids entlang der Oberflächenebene eine weniger bremsende Kraft. Hierdurch ist der Strömungswiderstand reduziert. Zudem bewirkt die vermindert bremsende Kraft eine geringere Zunahme der Dicke der Grenzschicht in Strömungsrichtung des Fluids. Hierdurch wird der Strömungswiderstand weiter reduziert. In Zusammenhang mit einem dynamischen Auftrieb, wie beispielsweise bei Flügelprofilen und/oder Turbinenschaufeln, sind die dynamischen Auftriebswerte verbessert.In sum, the boundary layer of the fluid undergoes a less braking force along the surface plane. As a result, the flow resistance is reduced. In addition, the reduced braking force causes a smaller increase in the thickness of the boundary layer in the flow direction of the fluid. As a result, the flow resistance is further reduced. In conjunction with dynamic buoyancy, such as wing profiles and / or turbine blades, the dynamic buoyancy values are improved.

Vorzugsweise weist die in Strömungsrichtung des Fluids gerichtete Bewegungskomponente der Rotationsbewegung in dem der Oberflächenebene zugeordneten Kontaktbereich den größten Betrag von drei die Rotationsbewegung bestimmenden Bewegungskomponenten auf. Bei den drei Bewegungskomponenten handelt es sich um die erste Bewegungskomponente in Strömungsrichtung und parallel zur Oberflächenebene, die zweite Bewegungskomponente parallel zur Oberflächenebene und rechtwinklig zur ersten Bewegungskomponente in Strömungsrichtung, und die dritte Bewegungskomponente rechtwinklig zur Oberflächenebene.Preferably, the movement component directed in the direction of flow of the fluid comprises the rotational movement in which Surface area associated contact area on the largest amount of three rotational movement determining movement components. The three components of movement are the first movement component in the flow direction and parallel to the surface plane, the second component of movement parallel to the surface plane and perpendicular to the first component of movement in the flow direction, and the third component of movement perpendicular to the surface plane.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Kontaktbereich in einer Ebene mit der Oberflächenebene angeordnet ist. Somit ist das Rotationsmittel ohne über die Oberflächenebene aus der Vertiefung heraus zu treten innerhalb der Vertiefung angeordnet. Das Rotationsmittel ragt nicht über die Oberflächenebene und in das entlang der Oberflächenebene strömende Fluid hinein. Die Gefahr der Entstehung von Turbulenzen in der Grenzschicht wird hierdurch verringert. Die Fläche weist Oberflächenabschnitte mit Vertiefungen und Oberflächenabschnitte ohne Vertiefungen auf. Hierbei kann sich in Strömungsrichtung des Fluids jeweils ein starrer Oberflächenabschnitt ohne Vertiefung mit einem Oberflächenabschnitt mit einer Vertiefung abwechseln. Nach einer Alternative tritt das Rotationsmittel über die Oberflächenebene aus der Vertiefung heraus. Dies erleichtert die Herstellung und Integration des Rotationsmittels in die Vertiefung. Hierbei tritt das Rotationsmittel jedoch nur soweit über die Oberflächenebene in Richtung des entlang der Oberflächenebene strömenden Fluids hinaus, dass hierdurch die laminare Strömung der Grenzschicht möglichst nicht gestört wird.According to a further embodiment of the invention, the contact region is arranged in a plane with the surface plane. Thus, the rotation means is arranged without passing over the surface plane out of the recess inside the recess. The rotating means does not protrude beyond the surface plane and into the fluid flowing along the surface plane. The risk of turbulence in the boundary layer is thereby reduced. The surface has recessed surface portions and non-recessed surface portions. In this case, in each case a rigid surface section without a depression with a surface section with a depression can alternate in the direction of flow of the fluid. As an alternative, the rotation means passes out of the recess above the surface plane. This facilitates the manufacture and integration of the rotating means in the recess. In this case, however, the rotation means only passes so far beyond the surface plane in the direction of the fluid flowing along the surface plane, that the laminar flow of the boundary layer is as far as possible not disturbed thereby.

Gemäß einer Weiterbildung sind die Vertiefungen jeweils als ein Kanal ausgebildet. Solche Kanäle sind beispielsweise mittels einer Präparationseinrichtung in die Fläche einbringbar. Vorzugsweise ist die Fläche als eine Folie mit den Vertiefungen ausgebildet, die auf eine Außenfläche aufbringbar ist. Hierdurch wird eine besonders einfache Nachrüstung ermöglicht. Vorzugsweise ist ein Querschnitt des Kanals zum Ausbilden der Rotationsbewegung des Rotationsmittels um eine Längsachse des Kanals, insbesondere mittels eines Antriebes, ausgebildet. Somit rotiert das Rotationsmittel innerhalb des Kanals um eine Längsachse des Kanals, die zugleich die Rotationsachse für das rotierende Rotationsmittel ist. Das Rotationsmittel weist beispielsweise eine Zylinderform oder eine Rohrform auf. Vorzugsweise dient als ein Antrieb für die Rotation des Rotationsmittels das entlang der Oberflächenebene strömende Fluid.According to a development, the depressions are each formed as a channel. Such channels can be introduced into the surface, for example, by means of a preparation device. Preferably, the surface is formed as a film with the recesses, which can be applied to an outer surface. This allows a particularly simple retrofitting. Preferably, a cross-section of the channel for forming the rotational movement of the rotating means is formed about a longitudinal axis of the channel, in particular by means of a drive. Thus, the rotation means within the channel rotates about a longitudinal axis of the channel, which is also the axis of rotation for the rotating rotation means. The rotating means has, for example, a cylindrical shape or a tubular shape. Preferably, the fluid flowing along the surface plane serves as a drive for the rotation of the rotating means.

Die Querschnitte der Vertiefungen können, insbesondere zum Erzeugen einer laminaren Rotationsströmung um die Längsachse der jeweiligen Vertiefung, eine kreissegmentförmige Kontur haben. Hierdurch werden die Anordnung eines Rotationsmittels in den Vertiefungen und/oder die Ausbildung einer Rotationsbewegung vereinfacht. Zudem werden Reibungsverluste zwischen dem Rotationsmittel und einer dem Rotationsmittel zugewandten Innenwand der jeweiligen Vertiefung reduziert.The cross-sections of the recesses may, in particular for generating a laminar rotational flow about the longitudinal axis of the respective recess, have a circular segment-shaped contour. As a result, the arrangement of a rotation means in the recesses and / or the formation of a rotational movement are simplified. In addition, friction losses between the rotation means and the rotation means facing inner wall of the respective recess are reduced.

Die Durchmesser der Vertiefungen können in der Größenordnung der Dicke einer hydrodynamischen Grenzschicht liegen, insbesondere entsprechen die Durchmesser der Dicke der Grenzschicht am Ort der jeweiligen Vertiefung, vorzugsweise liegen die Durchmesser im Bereich von 1 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 10 mm bis 20 mm, und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 1 mm bis 2 mm. Hierdurch wird eine negative Beeinflussung des strömenden Fluids, insbesondere auch außerhalb der Grenzschicht des Fluids, vermieden. insbesondere werden die Durchmesser der Vertiefungen in Strömungsrichtung des Fluids größer. Hierdurch wird die in Strömungsrichtung des Fluids zunehmende Dicke der Grenzschicht berücksichtigt. Vorzugsweise sind die Durchmesser der Vertiefungen umso kleiner, je schneller die Strömung ist und/oder je niedriger die Viskosität des Fluids ist. Umgekehrt gilt demnach, dass die Durchmesser der Vertiefungen umso größer sind, je langsamer die Strömung ist und/oder je größer die Viskosität des Fluids ist. Das Fluid kann ein Gas und/oder eine Flüssigkeit sein. Bei einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, können die Durchmesser der Vertiefungen in einem Bereich zwischen 1 cm und 2 cm liegen. Ist das Fluid ein Gas, wie beispielsweise Luft, können die Durchmesser der Vertiefungen in einem Bereich zwischen 1 mm und 2 mm liegen.The diameters of the recesses may be of the order of magnitude of the thickness of a hydrodynamic boundary layer, in particular the diameters of the thickness of the boundary layer correspond to the location of the respective recess, preferably the diameters are in the range of 1 mm to 20 mm, particularly preferably in the range of 10 mm 20 mm, and most preferably in a range of 1 mm to 2 mm. This avoids a negative influence on the flowing fluid, in particular also outside the boundary layer of the fluid. In particular, the diameters of the recesses in the flow direction of the fluid become larger. As a result, the increasing in the flow direction of the fluid thickness of the boundary layer is taken into account. Preferably, the smaller the diameter of the recesses, the faster the flow is and / or the lower the viscosity of the fluid. Conversely, it holds true that the diameters of the recesses are greater, the slower the flow is and / or the greater the viscosity of the fluid. The fluid may be a gas and / or a liquid. For a liquid such as water, the diameters of the wells may range between 1 cm and 2 cm. If the fluid is a gas, such as air, the diameters of the recesses may be in a range between 1 mm and 2 mm.

Vorzugsweise sind die Vertiefungen sowohl im Bereich einer laminaren Grenzschicht als auch im Bereich einer turbulenten Grenzschicht des Fluids angeordnet. Die Dicke der laminaren Grenzschicht nimmt in Strömungsrichtung immer mehr zu. Die Zuwachsrate der Dicke der Grenzschicht ist abhängig vom Geschwindigkeitsradienten zwischen einer oberflächennahen Lage der Grenzschicht und der Oberfläche der Fläche. Die laminare Grenzschicht wird ab einer bestimmten Dicke der Grenzschicht instabil und turbulent. Um die Entstehung von turbulenten Strömungen außerhalb der turbulenten Grenzschicht zu vermindern, können erfindungsgemäße Vertiefungen auch im Bereich der turbulenten Grenzschicht in die Fläche eingebracht sein. Alternativ oder zusätzlich kann sich einem Flächenbereich mit erfindungsgemäßen Vertiefungen zum Erreichen einer längeren laminaren Grenzschicht ein Flächenbereich mit aus dem Stand der Technik bekannten Vertiefungen, insbesondere kreissegmentartigen Einprägungen, zur Reduzierung des Strömungswiderstandes in einer turbulenten Grenzschicht anschließen.Preferably, the depressions are arranged both in the region of a laminar boundary layer and in the region of a turbulent boundary layer of the fluid. The thickness of the laminar boundary layer increases in the flow direction more and more. The rate of increase of the thickness of the boundary layer depends on the speed gradient between a near-surface layer of the boundary layer and the surface of the surface. The laminar boundary layer becomes unstable and turbulent from a certain thickness of the boundary layer. In order to reduce the formation of turbulent flows outside the turbulent boundary layer, indentations according to the invention can also be introduced into the surface in the area of the turbulent boundary layer. Alternatively or additionally, a surface region with indentations according to the invention for achieving a longer laminar boundary layer can be followed by a surface region with recesses known from the prior art, in particular indentations in the form of a circle segment, for reducing the flow resistance in a turbulent boundary layer.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist eine Breite eines Vertiefungsspaltes für jeweils eine Vertiefung durch zwei einander zugewandte Flächenkanten, insbesondere in der Oberflächenebene, bestimmt und der Durchmesser der jeweiligen Vertiefung ist größer als die Breite des zugehörigen Vertiefungsspaltes. Hierdurch wird die Anordnung eines Rotationsmittels und/oder die Entstehung einer Rotationsbewegung in der Vertiefung vereinfacht. Zudem lässt sich über eine geeignete Breite des Vertiefungsspaltes auf einfache Weise die Position bzw. Lage des Rotationsmittels, insbesondere in Bezug auf die Oberflächenebene, bestimmen.According to a further embodiment, a width of a recess gap for each one recess by two facing surface edges, in particular in the surface plane, determined and the diameter of the respective recess is greater than the width of the associated recess gap. As a result, the arrangement of a rotating means and / or the formation of a rotational movement in the depression is simplified. In addition, the position or position of the rotation means, in particular with respect to the surface plane, can be determined in a simple manner via a suitable width of the recess gap.

Vorzugsweise ist eine sich durch die Rotationsbewegung des jeweiligen Rotationsmittels ergebende Rotationsachse parallel zur Oberflächenebene angeordnet, und vorzugsweise ist die Rotationsachse rechtwinklig zur Strömungsrichtung des Fluids ausgerichtet. Hierdurch lässt sich die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Rotationsmittel und dem über dem Rotationsmittel im Bereich der Oberflächenebene strömenden Fluid auf einfache Weise weiter vermindern, wodurch der Strömungswiderstand ebenfalls weiter reduziert wird.Preferably, an axis of rotation resulting from the rotational movement of the respective rotating means is arranged parallel to the surface plane, and preferably the axis of rotation is oriented perpendicular to the direction of flow of the fluid. As a result, the speed difference between the rotation means and the fluid flowing over the rotation means in the area of the surface plane can be further reduced in a simple manner, as a result of which the flow resistance is likewise further reduced.

Nach einer Weiterbildung ergibt sich in den Querschnitten der Vertiefungen ausgehend von einer Längsachse der jeweiligen Vertiefung und zwischen den beiden einander zugewandten und der Oberflächenebene zugeordneten Flächenkanten, ein Öffnungswinkel von weniger als 90°, insbesondere von weniger als 60°, besonders bevorzugt von weniger als 30°, und am meisten bevorzugt zwischen 25° und 30°. Hierdurch wird die Breite des Vertiefungsspaltes bestimmt. Zudem ist mittels des Öffnungswinkels bestimmbar, wie weit das Rotationsmittel aus der Oberflächenebene aus der Vertiefung heraus tritt. Der Öffnungswinkel wird derart gewählt, dass eine Störung der laminaren Grenzschicht möglichst vermieden wird. Vorzugsweise ist der Öffnungswinkel bei größeren Reynoldszahlen kleiner als bei kleineren Reynoldszahlen.According to a development results in the cross sections of the recesses, starting from a longitudinal axis of the respective recess and between the two facing and the surface plane associated surface edges, an opening angle of less than 90 °, in particular less than 60 °, more preferably less than 30 °, and most preferably between 25 ° and 30 °. As a result, the width of the recess gap is determined. In addition, it can be determined by means of the opening angle how far the rotation means leaves the surface plane out of the recess. The opening angle is chosen such that a disturbance of the laminar boundary layer is avoided as far as possible. Preferably, the opening angle is smaller for larger Reynolds numbers than for smaller Reynolds numbers.

Demnach ist der Öffnungswinkel bei kleineren Reynoldszahlen größer als bei größeren Reynoldszahlen. Insbesondere ist die Längsachse der jeweiligen Vertiefung die Rotationsachse des Rotationsmittels.Accordingly, the opening angle is greater for smaller Reynolds numbers than for larger Reynolds numbers. In particular, the longitudinal axis of the respective recess is the axis of rotation of the rotating means.

Vorzugsweise dient als Rotationsmittel das Fluid. Hierdurch lässt sich eine Reduzierung des Strömungswiderstandes besonders einfach realisieren. Das in den Vertiefungen sich befindende Fluid wird mittels dem über die Vertiefung entlang der Oberflächenebene strömenden Fluid in eine Rotationsbewegung, insbesondere um eine Längsachse der Vertiefung, versetzt. Das rotierende Fluid bildet einen rotierenden Fluidzylinder. Alternativ zum Fluid als Rotationsmittel dient ein, insbesondere im Vergleich zum Fluid, niederviskoses Strömungsmedium als Rotationsmittel. Hierdurch werden Energieverluste aufgrund von Reibungsverlusten zwischen dem Rotationsmittel und der Innenwand der Vertiefung reduziert. Dadurch ist in dem der Oberflächenebene zugeordneten Kontaktbereich eine geringere Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Rotationsmittel und dem darüber strömenden Fluid realisierbar. Somit wird der Strömungswiderstand der Fläche weiter reduziert. Das niederviskose Strömungsmedium kann mittels einer Einleiteinrichtung, insbesondere kontinuierlich, in die Vertiefungen eingeleitet werden. Als niederviskoses Strömungsmedium kann im Falle von Luft als Fluid beispielsweise Helium eingesetzt werden.The fluid is preferably used as the rotation means. This makes it particularly easy to realize a reduction of the flow resistance. The fluid located in the depressions is set into a rotational movement, in particular about a longitudinal axis of the depression, by means of the fluid flowing over the depression along the surface plane. The rotating fluid forms a rotating fluid cylinder. As an alternative to the fluid as a rotation means, a low-viscosity flow medium, in particular in comparison to the fluid, serves as a rotation means. This reduces energy losses due to friction losses between the rotating means and the inner wall of the recess. As a result, a lower differential speed between the rotating means and the fluid flowing over it can be realized in the contact region assigned to the surface plane. Thus, the flow resistance of the surface is further reduced. The low-viscosity flow medium can be introduced into the recesses by means of an introduction device, in particular continuously. In the case of air, for example, helium can be used as the low-viscosity flow medium.

Des Weiteren kann eine Einrichtung zum Kühlen und/oder Erwärmen der Vertiefungen vorgesehen sein. Hierdurch ist die Reibung zwischen dem Rotationsmittel und der Innenwand einer Vertiefung weiter reduzierbar. Die Reibung und die damit einhergehenden Energieverluste sind beispielsweise von der Viskosität eines fluiden Rotationsmittels abhängig. Die Viskosität ist wiederum von der Temperatur abhängig. Somit wird die Reibung zwischen dem Rotationsmittel und der Innenwand einer Vertiefung mittels Kühlen mit der Einrichtung reduziert. Die Differenzgeschwindigkeit im Kontaktbereich zwischen dem Rotationsmittel und dem darüber strömenden Fluid wird weiter reduziert, was zu einem weiter verminderten Strömungswiderstand für die Fläche führt.Furthermore, a device for cooling and / or heating the depressions may be provided. As a result, the friction between the rotation means and the inner wall of a recess can be further reduced. The friction and the associated energy losses are dependent, for example, on the viscosity of a fluid rotating means. The viscosity is again dependent on the temperature. Thus, the friction between the rotating means and the inner wall of a recess is reduced by means of cooling with the device. The differential velocity in the contact area between the rotating means and the fluid flowing over it is further reduced, which leads to a further reduced flow resistance for the surface.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform weist jeweils eine Innenwand der Vertiefungen mindestens eine weitere Vertiefung auf. Mittels einer solchen weiteren Vertiefung sind die Reibungsverluste zwischen dem Rotationsmittel und der Innwand der jeweiligen Vertiefung reduzierbar. Hierdurch sinkt im Kontaktbereich die Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Rotationsmittel und dem darüber entlang der Oberflächenebene strömenden Fluid, wodurch der Strömungswiderstand der Fläche weiter reduziert wird. Mindestens zwei Vertiefungen können mittels mindestens einer weiteren Vertiefung miteinander verbunden sein. Hierdurch sind die Reibungsverluste noch weiter reduzierbar. Vorzugsweise ist die weitere Vertiefung entsprechend der vorangegangenen Beschreibung für die Vertiefungen in der Fläche ausgebildet.According to a further embodiment, in each case an inner wall of the recesses has at least one further recess. By means of such a further depression, the friction losses between the rotation means and the inner wall of the respective recess can be reduced. As a result, the differential speed between the rotation means and the fluid flowing along the surface plane decreases in the contact region, whereby the flow resistance of the surface is further reduced. At least two recesses may be connected to each other by means of at least one further recess. As a result, the friction losses are even further reduced. Preferably, the further recess is formed according to the preceding description for the recesses in the surface.

Nach einer Weiterbildung sind die Vertiefungen und/oder die weiteren Vertiefungen in einer selbstähnlichen Anordnung, insbesondere in einer fraktalen Anordnung, angeordnet und unter einander verbunden. Auch hierdurch werden die Reibungsverluste innerhalb der Vertiefungen reduziert, was zu einer verminderten Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Rotationsmittel und dem darüber strömenden Fluid und somit zu einem reduzierten Strömungswiderstand der Fläche führt. Die selbstähnlichen oder fraktalen Anordnungen können mittels Nanotechnologie in die Fläche und/oder in die Innwände der Vertiefungen eingebracht werden.According to a development, the depressions and / or the further depressions are arranged in a self-similar arrangement, in particular in a fractal arrangement, and connected to one another. This also reduces the friction losses within the recesses, which leads to a reduced differential speed between the rotating means and the fluid flowing over it and thus to a reduced flow resistance of the surface. The self-similar or fractal arrangements can by means of Nanotechnology can be introduced into the surface and / or in the inner walls of the wells.

Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäße Fläche als eine Verkleidungsfläche für ein Fortbewegungsmittel und/oder als eine Beschichtung für eine Vorrichtung, insbesondere im Bereich der Medizintechnik, des Fluggerätebaus, des Windenergieanlagenbaus und/oder des Triebwerkbaus verwendet. Hierbei wird eine Energieeinsparung durch die Minimierung von Strömungsverlusten, beispielsweise bei Flugzeugen, Schiffen und/oder Kraftfahrzeugen, ermöglicht. Die Energieeinsparung und damit eine Effizienzsteigerung wird durch die Reduktion des Strömungswiderstandes bei der Bewegung durch ein Fluid, wie beispielsweise Wasser und/oder Luft, erreicht. Zudem kann eine Energieeinsparung durch eine optimierte Strömung in Triebwerken, wie beispielsweise Turbinen und/oder Kolbenmotoren, erreicht werden. In der Medizintechnik, insbesondere bei einer Verwendung in künstlichen Herzen und/oder künstlichen Gefäßen, werden turbulente Anteile in einer Blutströmung vermindert. Hierdurch wird die Gefahr einer Beschädigung von Blutplättchen reduziert, wodurch die damit verbundene Gerinnungsneigung vermindert wird.Advantageously, the surface according to the invention is used as a cladding surface for a means of locomotion and / or as a coating for a device, in particular in the field of medical technology, aircraft construction, wind energy plant construction and / or engine construction. In this case, an energy saving by minimizing flow losses, for example in aircraft, ships and / or motor vehicles, allows. The energy saving and thus an increase in efficiency is achieved by reducing the flow resistance during movement through a fluid, such as water and / or air. In addition, energy savings can be achieved through optimized flow in engines, such as turbines and / or piston engines. In medical technology, especially when used in artificial hearts and / or artificial vessels, turbulent portions in a bloodstream are reduced. This reduces the risk of damage to platelets, thereby reducing the associated coagulation tendency.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the figures. Show it:

1 einen Ausschnitt aus einer ersten Fläche mit den Merkmalen der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht, 1 a section of a first surface with the features of the invention in a schematic side view,

2 einen Ausschnitt aus einer zweiten Fläche mit den Merkmalen der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht, 2 a section of a second surface with the features of the invention in a schematic side view,

3 einen Ausschnitt aus einer dritten Fläche mit den Merkmalen der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht, 3 a section of a third surface with the features of the invention in a schematic side view,

4 einen Ausschnitt aus einer weiteren Fläche mit den Merkmalen der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht, 4 a section of a further surface with the features of the invention in a schematic side view,

5 ein Flussdiagramm für ein Verfahren mit den Merkmalen der Erfindung in einer schematischen Ansicht, und 5 a flowchart for a method with the features of the invention in a schematic view, and

6 einen Ausschnitt aus einem Flügelprofil mit einer laminaren Grenzschicht nach dem Stand der Technik in einer schematischen Seitenansicht. 6 a section of a wing profile with a laminar boundary layer according to the prior art in a schematic side view.

1 zeigt einen Ausschnitt aus einer ersten Fläche 10 mit den Merkmalen der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht. Die Fläche 10 hat eine Oberflächenebene 11, in die eine Vertiefung 12 eingebracht ist. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Vertiefung 12 als ein Kanal 12 mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet. Die Fläche 10 wird von einem Fluid 13 angeströmt. Das Fluid 13 weist eine laminare hydrodynamische Grenzschicht 14 auf, die hier schematisch als aus drei übereinander liegenden Lagen dargestellt ist. Die Strömungsrichtung des Fluids 13 bzw. der Grenzschicht 14 ist durch den Pfeil 15 angegeben. 1 shows a section of a first surface 10 with the features of the invention in a schematic side view. The area 10 has a surface layer 11 into which a depression 12 is introduced. In the embodiment shown here, the recess 12 as a channel 12 formed with a rectangular cross-section. The area 10 is from a fluid 13 incident flow. The fluid 13 has a laminar hydrodynamic boundary layer 14 on, which is shown here schematically as three superimposed layers. The flow direction of the fluid 13 or the boundary layer 14 is by the arrow 15 specified.

In der Vertiefung 12 ist ein Rotationsmittel 16 angeordnet. Die Richtung der Rotationsbewegung des Rotationsmittels 16 ist durch die Pfeile 17, 18 angegeben. Das Rotationsmittel 16 ist innerhalb der Vertiefung 12 und zwischen zwei einander zugewandten Flächenkanten 19, 20 der Vertiefung 12 positioniert. Die Flächenkanten 19, 20 befinden sich in der Oberflächenebene 11. Weiter weist die Fläche 10 starre Oberflächenanteile 21, 22 auf.In the depression 12 is a rotation agent 16 arranged. The direction of the rotational movement of the rotating means 16 is through the arrows 17 . 18 specified. The rotating agent 16 is inside the recess 12 and between two facing surface edges 19 . 20 the depression 12 positioned. The surface edges 19 . 20 are in the surface level 11 , Next points the surface 10 rigid surface components 21 . 22 on.

Im Kontaktbereich 23 berühren sich das Rotationsmittel 16 und das entlang der Oberflächenebene 11 strömende Fluid 13. Durch den Pfeil 17 für die Rotationsbewegung des Rotationsmittels 16 und den Pfeil 15 für das strömende Fluid 13 bzw. die laminar strömende Grenzschicht 14 wird deutlich, dass die Rotationsbewegung in dem der Oberflächenebene 11 zugeordneten Kontaktbereich 23 eine Bewegungskomponente in Strömungsrichtung des Fluids 13 hat.In the contact area 23 touch the rotating means 16 and that along the surface plane 11 flowing fluid 13 , By the arrow 17 for the rotational movement of the rotating means 16 and the arrow 15 for the flowing fluid 13 or the laminar flowing boundary layer 14 it becomes clear that the rotational movement in the surface plane 11 assigned contact area 23 a component of movement in the flow direction of the fluid 13 Has.

In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel tritt das Rotationsmittel 16 im Kontaktbereich 23 nicht über die Oberflächenebene 11 aus der Vertiefung 12 heraus. In einer alternativ denkbaren Ausführungsform kann das Rotationsmittel 16 in dem der Oberflächenebene 11 zugeordneten Kontaktbereich 23 über die Oberflächenebene 11 aus der Vertiefung 12 heraus treten.In the embodiment shown here, the rotation means occurs 16 in the contact area 23 not above the surface level 11 from the depression 12 out. In an alternative conceivable embodiment, the rotation means 16 in the surface plane 11 assigned contact area 23 over the surface level 11 from the depression 12 stepping out.

2 ist ein Ausschnitt aus einer zweiten Fläche 24 mit den Merkmalen der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht zu entnehmen. Die Fläche 24 weist eine Oberflächenebene 25 mit Vertiefungen 26, 27, 28 auf. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Vertiefungen 26, 27, 28 als Kanäle 26, 27, 28 mit jeweils einem kreissegmentförmigen Querschnitt ausgebildet. In den Kanälen 26, 27, 28 ist jeweils ein Rotationsmittel 29 angeordnet, wobei hier zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit nur ein Rotationsmittel 29 mit Bezugszeichen versehen ist. 2 is a section of a second surface 24 to take with the features of the invention in a schematic side view. The area 24 has a surface plane 25 with depressions 26 . 27 . 28 on. In the embodiment shown here are the wells 26 . 27 . 28 as channels 26 . 27 . 28 each formed with a circular segment-shaped cross-section. In the channels 26 . 27 . 28 is each a rotating agent 29 arranged here, for the sake of clarity, only a rotating means 29 is provided with reference numerals.

Die Rotationsmittel 29 rotieren gemäß Pfeil 30 jeweils um eine Längsachse der Kanäle 26, 27, 28. Die Rotationsmittel 29 haben einen zylinderartigen Querschnitt mit einer Außenumfangsfläche 31 ist. Die Außenumfangsfläche 31 berührt in einem Kontaktbereich 32 eine laminare Grenzschicht 33 eines entlang der Oberfläche 25 strömenden Fluids 34. Hierbei ist die Grenzschicht 33 schematisch durch drei über einander angeordnete Lagen dargestellt. Die Strömungsrichtung des Fluids 34 bzw. der Grenzschicht 33 ist durch den Pfeil 35 angegeben.The rotation means 29 rotate according to arrow 30 each about a longitudinal axis of the channels 26 . 27 . 28 , The rotation means 29 have a cylinder-like cross-section with an outer peripheral surface 31 is. The outer peripheral surface 31 touched in a contact area 32 a laminar boundary layer 33 one along the surface 25 flowing fluid 34 , Here is the boundary layer 33 schematically represented by three layers arranged above one another. The Flow direction of the fluid 34 or the boundary layer 33 is by the arrow 35 specified.

3 zeigt einen Ausschnitt aus einer dritten Fläche 36 mit den Merkmalen der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht. Die Fläche 36 hat eine Oberflächenebene 37 mit Vertiefungen 38, 39, die hier als Kanäle 38, 39 mit einem kreissegmentförmigen Querschnitt ausgebildet sind. Innerhalb der Kanäle 38, 39 ist ein hier nicht näher dargestelltes Rotationsmittel angeordnet, dass gemäß der Pfeile 40, 41 um eine Längsachse der Kanäle 38, 39 rotiert. In einem Kontaktbereich 42, 43 berührt das Rotationsmittel eine laminare Grenzschicht 44 eines Fluids 45, das gemäß Pfeil 46 entlang der Oberfläche 37 strömt. Die Grenzschicht 44 ist schematisch durch drei über einander angeordnete Lagen dargestellt. 3 shows a section of a third area 36 with the features of the invention in a schematic side view. The area 36 has a surface layer 37 with depressions 38 . 39 that are here as channels 38 . 39 are formed with a circular segment-shaped cross-section. Within the channels 38 . 39 is arranged here not shown in detail rotation means that according to the arrows 40 . 41 around a longitudinal axis of the channels 38 . 39 rotates. In a contact area 42 . 43 the rotation means touches a laminar boundary layer 44 a fluid 45 that according to arrow 46 along the surface 37 flows. The boundary layer 44 is shown schematically by three superimposed layers.

Zwischen den Kanälen 38, 39 sind weitere Vertiefungen 47 angeordnet. Die weiteren Vertiefungen 47 sind ebenfalls als Kanäle 47 mit einem kreissegmentförmigen Querschnitt ausgebildet, wobei der Durchmesser der weiteren Kanäle 47 kleiner ist als der Durchmesser der Kanäle 38, 39. Zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit sind die Querschnitte der weiteren Kanäle 47 als vollständige Kreisringe ohne die offenen Bereiche dargestellt. Die weiteren Kanäle 47 sind teilweise in die Oberflächenebene 37 der Fläche 36 und teilweise in eine Innenwand 48, 49 der Kanäle 38, 39 eingebracht. Mittels der weiteren Kanäle 47 sind die Kanäle 38, 39 mit einander verbunden. Hierbei weisen die weiteren Kanäle 47 eine fraktalähnliche Anordnung auf. Innerhalb der weiteren Kanäle 47 rotieren hier nicht näher dargestellte Rotationsmittel. Zur Fixierung der weiteren Kanäle 47 sind in der Oberflächenebene 37 der Fläche 36 und/oder zwischen einzelnen Kanälen 38, 39, 47 hier nicht näher dargestellte Verstrebungsstrukturen vorhanden.Between the channels 38 . 39 are further depressions 47 arranged. The other wells 47 are also as channels 47 formed with a circular segment-shaped cross-section, wherein the diameter of the further channels 47 smaller than the diameter of the channels 38 . 39 , For the sake of clarity, the cross sections of the further channels are 47 shown as complete annuli without the open areas. The other channels 47 are partially in the surface plane 37 the area 36 and partly in an inner wall 48 . 49 of the channels 38 . 39 brought in. By means of the other channels 47 are the channels 38 . 39 connected with each other. Here are the other channels 47 a fractal-like arrangement. Within the other channels 47 rotate rotating means not shown here. For fixing the other channels 47 are in the surface layer 37 the area 36 and / or between individual channels 38 . 39 . 47 Struts not shown here available.

4 zeigt einen Ausschnitt aus einer weiteren Fläche 50 mit den Merkmalen der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht, die eine Oberflächenebene 51 mit einer Vertiefung 52 aufweist. Auch hier ist die Vertiefung 52 als ein Kanal 52 mit einem kreissegmentförmigen Querschnitt ausgebildet, in dem ein hier nicht näher dargestelltes Rotationsmittel rotiert. Auf der Oberflächenebene 51 strömt eine laminare Grenzschicht 53 eines Fluids 54 in Richtung des Pfeils 55. Die Grenzschicht 53 ist hier ebenfalls schematisch durch drei über einander angeordnete Lagen dargestellt. 4 shows a section of another area 50 with the features of the invention in a schematic side view showing a surface plane 51 with a depression 52 having. Again, the recess 52 as a channel 52 formed with a circular segment-shaped cross-section, in which a rotating means not shown here rotates. At the surface level 51 a laminar boundary layer flows 53 a fluid 54 in the direction of the arrow 55 , The boundary layer 53 is also shown schematically by three superimposed layers.

Einer Innenwand 56 des Kanals 52 sind weitere Vertiefungen 57 zugeordnet, wobei zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit nur eine der weiteren Vertiefungen 57 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die weiteren Vertiefungen 57 sind nach einem fraktalen Anordnungsschema mit einer hohen Selbstähnlichkeit angeordnet. Die weiteren Vertiefungen 57 sind ebenfalls als Kanäle 57 mit einem kreissegementförmigen Querschnitt ausgebildet, in denen ein nicht näher dargestelltes Rotationsmittel gemäß der jeweiligen Pfeile rotiert.An interior wall 56 of the canal 52 are further depressions 57 assigned, for the sake of clarity, only one of the other wells 57 is provided with a reference numeral. The other wells 57 are arranged according to a fractal arrangement scheme with a high self-similarity. The other wells 57 are also as channels 57 formed with a kreissegementförmigen cross section in which a rotating means not shown in detail rotates according to the respective arrows.

5 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren mit den Merkmalen der Erfindung in einer schematischen Ansicht zu entnehmen. Nach einem Start des Verfahren zum Reduzieren eines Strömungswiderstandes einer Fläche 10, 24, 36, 50 in einem Fluid 13, 34, 45, 54 gemäß Schritt S10, werden Vertiefungen 12, 26, 27, 28, 38, 39, 52 gemäß Schritt S11 in die Fläche 10, 24, 36, 50 eingebracht. Hiernach wird gemäß Schritt S12 den Vertiefungen 12, 26, 27, 28, 38, 39, 52 ein Rotationsmittel 16, 29 zugeordnet. Sodann wird das Rotationsmittel 16, 29 entsprechend Schritt S13 derart in Bewegung versetzt, dass das Rotationsmittel 16, 19 in einem der Oberflächenebene 11, 25, 37, 51 zugeordneten Kontaktbereich 23, 32, 42, 43 mindestens teilweise in Strömungsrichtung des Fluids 13, 34, 45, 54 bewegt wird. Schließlich wird das Verfahren gemäß Schritt S14 beendet. 5 is a flowchart for a method with the features of the invention in a schematic view. After a start of the method for reducing a flow resistance of a surface 10 . 24 . 36 . 50 in a fluid 13 . 34 . 45 . 54 in step S10, pits become 12 . 26 . 27 . 28 . 38 . 39 . 52 in step S11 in the area 10 . 24 . 36 . 50 brought in. After that, according to step S12, the pits 12 . 26 . 27 . 28 . 38 . 39 . 52 a rotating agent 16 . 29 assigned. Then the rotating agent 16 . 29 in accordance with step S13 set in motion such that the rotation means 16 . 19 in one of the surface levels 11 . 25 . 37 . 51 assigned contact area 23 . 32 . 42 . 43 at least partially in the flow direction of the fluid 13 . 34 . 45 . 54 is moved. Finally, the process in step S14 is ended.

6 zeigt einen Ausschnitt aus einem Flügelprofil 58 mit einer laminaren Grenzschicht 61 nach dem Stand der Technik in einer schematischen Seitenansicht. Das Flügelprofil 58 hat eine Oberfläche 59 und eine Vorderkante 60. Die Vorderkante 60 wird von einem Fluid 62 gemäß Pfeil 63 angeströmt. Hierbei bildet sich die laminare Grenzschicht 61, deren Dicke in Richtung der Strömung des Fluids 62 gemäß Pfeil 63 immer mehr zunimmt. Die Zunahme der Dicke der Grenzschicht 61 ist hier schematisch mittels einer in Strömungsrichtung des Fluids 62 zunehmenden Anzahl von Lagen dargestellt. Weiter ist ein schematisches Geschwindigkeitsprofil 68 für die maximal vier übereinander angeordneten Lagen der Grenzschicht 61 gezeigt, wobei die Länge einer Linie des Geschwindigkeitsprofils 68 einen Betrag der Geschwindigkeit repräsentiert. Demnach ist die Geschwindigkeit in einer Grenzschicht 61 mit vier Lagen in der untersten Lage am geringsten und nimmt mit zunehmendem Abstand zur Oberfläche 59 immer weiter zu, bis die Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Fluids 62 außerhalb der Grenzschicht 61 erreicht ist. 6 shows a section of a sash profile 58 with a laminar boundary layer 61 according to the prior art in a schematic side view. The sash profile 58 has a surface 59 and a leading edge 60 , The leading edge 60 is from a fluid 62 according to arrow 63 incident flow. This forms the laminar boundary layer 61 whose thickness is in the direction of the flow of the fluid 62 according to arrow 63 increasing more and more. The increase in the thickness of the boundary layer 61 is here schematically by means of a flow direction of the fluid 62 increasing number of layers shown. Next is a schematic speed profile 68 for the maximum four superimposed layers of the boundary layer 61 shown, where the length of a line of the velocity profile 68 represents an amount of speed. Thus the velocity is in a boundary layer 61 with four layers in the lowest layer least and increases with increasing distance to the surface 59 continues to increase until the flow velocity of the flowing fluid 62 outside the boundary layer 61 is reached.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Erfindung anhand der 1 bis 6 näher erläutert:
Trifft eine laminare Grenzschicht 14, 33, 44, 53, 61 auf eine Fläche 10, 24, 36, 50, 59 so wird die Dicke der Grenzschicht 14, 33, 44, 53, 61 in Strömungsrichtung des Fluids 13, 34, 45, 54, 62 anwachsen. Zugunsten einer besseren Anschauung wird beispielhaft für die Grenzschichten 14, 33, 44, 53 die Grenzsicht 61 mit den übereinander liegenden Lagen betrachtet.Hereinafter, the operation of the invention with reference to the 1 to 6 explained in more detail:
Meets a laminar boundary layer 14 . 33 . 44 . 53 . 61 on a surface 10 . 24 . 36 . 50 . 59 so does the thickness of the boundary layer 14 . 33 . 44 . 53 . 61 in the flow direction of the fluid 13 . 34 . 45 . 54 . 62 grow. In favor of a better view is an example of the boundary layers 14 . 33 . 44 . 53 the border view 61 considered with the superimposed layers.

Beim erstmaligen Vorbeiströmen des Fluids 62 beispielsweise an der Vorderkante 60 des Flügelprofils 58 besteht nur zwischen der ersten untersten Lage und der Oberfläche 59 eine Differenzgeschwindigkeit. Somit erfährt zunächst nur die erste Lage eine negative Beschleunigung. Die Grenzschicht 61 ist zunächst noch sehr dünn und der Geschwindigkeitsgradient ist sehr hoch. Weiter stromabwärts wächst mit der fortdauernden Verringerung der Geschwindigkeit der ersten Lage auch die Differenzgeschwindigkeit zwischen der ersten Lage und einer zweiten Lage, die über der ersten Lage und von der Oberfläche 59 abgewandt angeordnet ist. Dies führt zu einer negativen Beschleunigung der zweiten Lage und einem Anwachsen der Dicke der Grenzschicht 61. Der Geschwindigkeitsgradient zwischen der ersten Lage und der Oberfläche 59 nimmt in Strömungsrichtung des Fluids 62 ab. Dies setzt sich in entsprechender Weise auch für weitere über der zweiten Lage angeordnete Lagen fort, wodurch die Dicke der Grenzschicht 61 immer weiter anwächst.The first time the fluid flows past 62 for example, at the front edge 60 of the sash profile 58 exists only between the first lowest Location and the surface 59 a differential speed. Thus, initially only the first layer experiences a negative acceleration. The boundary layer 61 is initially very thin and the speed gradient is very high. Further downstream, as the speed of the first ply continues to decrease, so does the rate of difference between the first ply and a second ply, which is above the first ply and from the surface 59 is disposed away. This leads to a negative acceleration of the second layer and an increase in the thickness of the boundary layer 61 , The velocity gradient between the first layer and the surface 59 takes in the direction of flow of the fluid 62 from. This continues in a corresponding manner also for further layers arranged above the second layer, whereby the thickness of the boundary layer 61 keeps on growing.

Zwar wird die Differenzgeschwindigkeit zwischen der ersten Lage und der Oberfläche 59 stromabwärts immer geringer. Jedoch wird die zunächst laminare Grenzschicht 61 ab einer bestimmten Dicke instabil und turbulent. Hierbei treten auch außerhalb der Grenzschicht 61 turbulente Strömungen auf. Diese führen zu hohen viskosen Reibungswerten und damit zu einem hohen Strömungswiderstand für das Flügelprofil 58.True, the difference in speed between the first layer and the surface 59 downstream less and less. However, the initially laminar boundary layer becomes 61 above a certain thickness unstable and turbulent. This also occurs outside the boundary layer 61 turbulent currents. These lead to high viscous friction values and thus to a high flow resistance for the airfoil 58 ,

Soll nun der Strömungswiderstand reduziert werden, werden in die Fläche 10, 24, 36, 50 Kanäle 12, 26, 27, 38, 39, 52 mit einem kreissegmentförmigen Querschnitt mittels einer Präparationseinrichtung eingebracht. Hierbei werden die Kanäle 12, 26, 27, 38, 39, 52 derart in die Fläche 10, 24, 36, 50 eingebracht, dass die Längsachsen der Kanäle 12, 26, 27, 38, 39, 52 parallel zur Oberflächenebene 11, 25, 37, 51 und rechtwinklig zur Strömungsrichtung des Fluids 13, 34, 45, 54 angeordnet sind. Alternativ kann auf die Oberflächenebene 11, 25, 37, 51 der Fläche 10, 24, 36, 50 auch eine Folie mit den Kanälen 12, 26, 27, 38, 39, 52 aufgebracht werden.If now the flow resistance should be reduced, be in the area 10 . 24 . 36 . 50 channels 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 introduced with a circular segment-shaped cross section by means of a preparation device. Here are the channels 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 so in the area 10 . 24 . 36 . 50 introduced that the longitudinal axes of the channels 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 parallel to the surface plane 11 . 25 . 37 . 51 and perpendicular to the flow direction of the fluid 13 . 34 . 45 . 54 are arranged. Alternatively, on the surface level 11 . 25 . 37 . 51 the area 10 . 24 . 36 . 50 also a foil with the channels 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 be applied.

Der Durchmesser der Kanäle 12, 26, 27, 38, 39, 52 entspricht der Größenordnung der erwarteten Dicke der Grenzschicht 14, 33, 44, 53 am Ort des jeweiligen Kanals 12, 26, 27, 38, 39, 52. Hierdurch wird in Übereinstimmung mit der Prandtlschen Grenzschichttheorie eine negative Beeinflussung der gesamten Strömung, insbesondere auch der Strömung außerhalb der Grenzschicht 14, 33, 44, 53, vermieden.The diameter of the channels 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 corresponds to the order of the expected thickness of the boundary layer 14 . 33 . 44 . 53 at the location of the respective channel 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 , As a result, in accordance with the Prandtl boundary layer theory, a negative influence on the total flow, in particular the flow outside the boundary layer 14 . 33 . 44 . 53 , avoided.

Strömt nun das Fluid 13, 34, 45, 54 und dessen Grenzschicht 14, 33, 44, 53 über die Fläche 10, 24, 36, 50 wird das Fluid 13, 34, 45, 54 in den Kanälen 12, 26, 27, 38, 39, 52 als ein Rotationsmittel 16, 29 verwendet und in eine Rotationsbewegung versetzt. Demnach dient das entlang der Oberflächenebene 11, 25, 37, 51 strömende Fluid 13, 34, 45, 54 als ein Antrieb für das Rotationsmittel 16, 29. Die Antriebskraft für diese aufgrund der niedrigen Reynoldszahlen in den Kanälen 12, 26, 27, 38, 39, 52 laminaren Rotationsströmung ergibt sich aufgrund eines viskosen Reibungsflusses der über die Kanäle 12, 26, 27, 38, 39, 52 hinweg strömenden Grenzschicht 14, 33, 44, 53. In den Kanälen 12, 26, 27, 38, 39, 52 entsteht ein um die Längsachse des jeweiligen Kanals 12, 26, 27, 38, 39, 52 rotierender Fluidzylinder mit einer Außenumfangsfläche 31.Now flows the fluid 13 . 34 . 45 . 54 and its boundary layer 14 . 33 . 44 . 53 over the area 10 . 24 . 36 . 50 becomes the fluid 13 . 34 . 45 . 54 in the channels 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 as a rotating agent 16 . 29 used and put in a rotary motion. Accordingly, this serves along the surface plane 11 . 25 . 37 . 51 flowing fluid 13 . 34 . 45 . 54 as a drive for the rotating means 16 . 29 , The driving force for these due to the low Reynolds numbers in the channels 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 laminar rotational flow is due to a viscous flow of friction across the channels 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 flowing boundary layer 14 . 33 . 44 . 53 , In the channels 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 arises around the longitudinal axis of the respective channel 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 rotating fluid cylinder having an outer peripheral surface 31 ,

In dem der Oberflächenebene 11, 25, 37, 51 zugeordneten Kontaktbereich 23, 32, 42, 43 ist zwischen der Außenumfangsfläche 31 des rotierenden Rotationsmittels 16, 29 und dem entlang der Oberflächenebene 11, 25, 37, 51 strömenden Fluid 13, 34, 45, 54 bzw. der Grenzschicht 14, 33, 44, 53 der Geschwindigkeitsgradient verglichen mit dem Geschwindigkeitsgradienten der Grenzschicht 14, 33, 44, 53 entlang einer starren Oberfläche 21, 22 deutlich vermindert. Demnach ist die Differenzgeschwindigkeit zwischen dem entlang der Oberflächenebene 11, 25, 37, 51 strömenden Fluid 13, 34, 45, 54 und dem Rotationsmittel 16, 29 vermindert. Aufgrund des Zusammenhangs zwischen dem Geschwindigkeitsgradienten in der Grenzschicht 14, 33, 44, 53 und der viskosen Reibungskraft, wirkt im Kontaktbereich 23, 32, 42, 43 eine auf die Grenzschicht 14, 33, 44, 53 verminderte Kraft als im Bereich von starren Oberflächenanteilen 21, 22 ohne die Kanäle 12, 26, 27, 38, 39, 52.In the surface level 11 . 25 . 37 . 51 assigned contact area 23 . 32 . 42 . 43 is between the outer peripheral surface 31 of the rotating rotating means 16 . 29 and along the surface plane 11 . 25 . 37 . 51 flowing fluid 13 . 34 . 45 . 54 or the boundary layer 14 . 33 . 44 . 53 the velocity gradient compared to the velocity gradient of the boundary layer 14 . 33 . 44 . 53 along a rigid surface 21 . 22 significantly reduced. Thus, the difference in speed between this is along the surface plane 11 . 25 . 37 . 51 flowing fluid 13 . 34 . 45 . 54 and the rotating means 16 . 29 reduced. Due to the relationship between the velocity gradient in the boundary layer 14 . 33 . 44 . 53 and the viscous frictional force acts in the contact area 23 . 32 . 42 . 43 one on the boundary layer 14 . 33 . 44 . 53 reduced force than in the area of rigid surface portions 21 . 22 without the channels 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ,

Somit erfährt die Grenzschicht 14, 33, 44, 53 entlang der Oberflächenebene 11, 25, 37, 51 in Strömungsrichtung des Fluids 13, 34, 45, 54 eine weniger bremsende Kraft. Dies führt zu einer Reduktion des gesamten Strömungswiderstandes für die Fläche 10, 24, 36, 50. Zudem bewirkt die verminderte Bremskraft eine geringere Zunahme der Dicke der Grenzschicht 14, 33, 44, 53 in Strömungsrichtung. Hierdurch ist die Grenzschicht 14, 33, 44, 53 in Strömungsrichtung länger laminar und der Strömungswiderstand wird weiter reduziert.Thus, the boundary layer experiences 14 . 33 . 44 . 53 along the surface plane 11 . 25 . 37 . 51 in the flow direction of the fluid 13 . 34 . 45 . 54 a less braking force. This leads to a reduction of the total flow resistance for the surface 10 . 24 . 36 . 50 , In addition, the reduced braking force causes a smaller increase in the thickness of the boundary layer 14 . 33 . 44 . 53 in the flow direction. This is the boundary layer 14 . 33 . 44 . 53 laminar longer in the flow direction and the flow resistance is further reduced.

Zwischen der Innenwand der Kanäle 12, 26, 27, 38, 39, 52 und dem Rotationsmittel 16, 29 findet aufgrund viskoser Reibung ebenfalls ein Energieverlust statt. Dieser Energieverlust lässt sich durch die weiteren Vertiefungen 47, 57 in der Innenwand 48, 49, 56 der Kanäle 38, 39, 52 reduzieren. Hierdurch wird der gesamte Strömungswiderstand der Fläche 10, 24, 36, 50 weiter vermindert. Alternativ oder zusätzlich kann das Rotationsmittel 16, 29 in den Kanälen 12, 26, 27, 38, 39, 52 mittels einer geeigneten Einrichtung gekühlt werden und/oder es kann ein niederviskoses Strömungsmedium als Rotationsmittel 16, 29 mittels einer Einleiteinrichtung in die Kanäle 12, 26, 27, 38, 39, 52 eingebracht werden. Hierdurch wird der gesamte Strömungswiderstand weiter reduziert.Between the inner wall of the channels 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 and the rotating means 16 . 29 Due to viscous friction also takes place an energy loss. This energy loss can be through the other wells 47 . 57 in the inner wall 48 . 49 . 56 of the channels 38 . 39 . 52 to reduce. As a result, the total flow resistance of the surface 10 . 24 . 36 . 50 further diminished. Alternatively or additionally, the rotation means 16 . 29 in the channels 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 be cooled by means of a suitable device and / or it may be a low-viscosity flow medium as a rotation means 16 . 29 by means of an inlet device in the channels 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 be introduced. As a result, the entire flow resistance is further reduced.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Fläche 10, 24, 36, 50 bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der Schritte S10 bis S14 ergibt sich ein reduzierter Strömungswiderstand, wodurch die Energieverluste bei einer von einem Fluid 13, 34, 45, 54 angeströmten Fläche 10, 24, 36, 50 vermindert werden. Due to the surface according to the invention 10 . 24 . 36 . 50 or the method according to the invention according to steps S10 to S14 results in a reduced flow resistance, whereby the energy losses in one of a fluid 13 . 34 . 45 . 54 flowed surface 10 . 24 . 36 . 50 be reduced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Flächearea
1111: Oberflächenebenesurface plane
1212: Vertiefungdeepening
1313: Fluidfluid
1414: Grenzschichtinterface
1515: Pfeilarrow
1616: Rotationsmittelrotation means
1717: Pfeilarrow
1818: Pfeilarrow
1919: Flächenkantesurface edge
2020: Flächenkantesurface edge
2121: Starrer OberflächenanteilRigid surface area
2222: Starrer OberflächenanteilRigid surface area
2323: Kontaktbereichcontact area
2424: Gegenstandobject
2525: Oberflächesurface
2626: Vertiefungdeepening
2727: Vertiefungdeepening
2828: Vertiefungdeepening
2929: Rotationsmittelrotation means
3030: Pfeilarrow
3131: AußenumfangsflächeOuter circumferential surface
3232: Kontaktbereichcontact area
3333: Grenzschichtinterface
3434: Fluidfluid
3535: Pfeilarrow
3636: Flächearea
3737: Oberflächenebenesurface plane
3838: Vertiefungdeepening
3939: Vertiefungdeepening
4040: Pfeilarrow
4141: Pfeilarrow
4242: Kontaktbereichcontact area
4343: Kontaktbereichcontact area
4444: Grenzschichtinterface
4545: Fluidfluid
4646: Pfeilarrow
4747: Weitere VertiefungenFurther depressions
4848: Innenwandinner wall
4949: Innenwandinner wall
5050: Flächearea
5151: Oberflächenebenesurface plane
5252: Vertiefungdeepening
5353: Grenzschichtinterface
5454: Fluidfluid
5555: Pfeilarrow
5656: Innenwandinner wall
5757: weitere Vertiefungenfurther wells
5858: Flügelprofilairfoil
5959: Oberflächesurface
6060: Vorderkanteleading edge
6161: Grenzschichtinterface
6262: Fluidfluid
6363: Pfeilarrow
6464: Geschwindigkeitsprofilvelocity profile

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19840303 A1 [0002]
EP 1469198 A1 [0002]

Claims

Surface for placement in a flowing fluid ( 13 . 34 . 45 . 54 ) with a surface plane ( 11 . 25 . 37 . 51 ), and with depressions ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) for reducing a flow resistance, characterized in that the respective recess ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) for forming a stable rotational movement of a rotatable rotating means ( 16 . 29 ) in the depression ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) is formed, and that the rotational movement in one of the surface plane ( 11 . 25 . 37 . 51 ) associated contact area ( 23 . 32 . 42 . 43 ) one in the flow direction of the fluid ( 13 . 34 . 45 . 54 ) directed motion component.

Surface according to claim 1, characterized in that the contact area in a plane with the surface plane ( 11 . 25 . 37 . 51 ) is arranged.

Surface according to claim 1 or 2, characterized in that the recess ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) is formed as a channel, wherein preferably a cross section of the channel for forming the rotational movement of the rotating means ( 16 . 29 ) is formed about a longitudinal axis of the channel, in particular by means of a drive.

Surface according to one of the preceding claims, characterized in that the cross sections of the recesses ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ), in particular for generating a laminar rotational flow about the longitudinal axis of the respective recess ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ), have a circular segment-shaped contour.

Surface according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the recesses ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) in the order of the thickness of a hydrodynamic boundary layer ( 14 . 33 . 44 . 53 ), in particular the diameters correspond to the thickness of the boundary layer ( 14 . 33 . 44 . 53 ) at the location of the respective depression ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 Preferably, the diameters are in the range of 1 mm to 20 mm, more preferably in the range of 10 mm to 20 mm, and most preferably in the range of 1 mm to 2 mm.

Surface according to one of the preceding claims, characterized in that a width of a recess gap for each recess ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) by two mutually facing surface edges ( 19 . 20 ), especially at the surface level ( 11 . 25 . 37 . 51 ), and the diameter of the respective depression ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) is greater than the width of the associated recess gap.

Surface according to one of the preceding claims, characterized in that by the rotational movement of the respective rotation means ( 16 . 29 ) resulting axis of rotation parallel to the surface plane ( 11 . 25 . 37 . 51 ), and preferably the axis of rotation perpendicular to the flow direction of the fluid ( 13 . 34 . 45 . 54 ) is aligned.

Surface according to one of the preceding claims, characterized in that in the cross-sections of the recesses ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) starting from a longitudinal axis of the respective recess ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) and between the two facing each other and the surface plane ( 11 . 25 . 37 . 51 ) associated surface edges ( 19 . 20 ), an opening angle of less than 90 °, in particular less than 60 °, more preferably less than 30 °, and most preferably between 25 ° and 30 °.

Surface according to one of claims 3 to 8, characterized in that as rotation means ( 16 . 29 ) the fluid ( 13 . 34 . 45 . 54 ) or one, in particular in comparison to the fluid ( 13 . 34 . 45 . 54 ), low-viscosity flow medium, preferably helium.

Surface according to one of the preceding claims, characterized in that a device for cooling and / or heating the depressions ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) is provided.

Surface according to one of the preceding claims, characterized in that in each case an inner wall ( 48 . 56 ) of the depressions ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) at least one further depression ( 47 . 57 ) and / or at least two depressions ( 38 . 39 ) by means of at least one further depression ( 47 . 57 ), wherein preferably the further depression ( 47 . 57 ) as a depression ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) is formed according to one of the preceding claims.

Surface according to one of the preceding claims, characterized in that the depressions ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) and / or the further depressions ( 47 . 57 ) are arranged in a self-similar arrangement, in particular in a fractal arrangement, and connected to one another.

Method for reducing a flow resistance of a surface having a surface plane ( 11 . 25 . 37 . 51 ) at the recesses ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) are introduced into the surface, characterized in that in each case one depression ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) a rotatable Rotational means ( 16 . 29 ) for forming a stable rotational movement in the recess ( 12 . 26 . 27 . 38 . 39 . 52 ) and that the rotation means ( 16 . 29 ) is set in the rotational movement, wherein the rotation means ( 16 . 29 ) in one of the surface levels ( 11 . 25 . 37 . 51 ) associated contact area ( 23 . 32 . 42 . 43 ) at least partially in the flow direction of the fluid ( 13 . 34 . 45 . 54 ) is moved.

Use of a surface according to one of claims 1 to 12 as a cladding surface for a means of locomotion and / or as a coating for a device, in particular in the field of medical technology, aircraft construction, wind energy plant construction and / or engine construction.