受海豹须启发的传感器监测海洋湍流

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在漆黑的海洋深处，海豹用它们高度敏感的胡须来探测振动，从而捕食猎物。
正是这些毛发的设计启发了德克萨斯大学达拉斯分校的一位研究人员开发一种监测深海湍流的传感器。
“海豹胡须的几何形状不是圆形的；胡须的形状是扭曲的圆柱体，”埃里克·琼森工程与计算机科学学院机械工程助理教授金亚青博士说。
金最近因其在海上风力涡轮机安全方面的研究而被任命为美国国家科学、工程和医学院海湾研究计划的早期职业研究员。他是加入海上能源安全轨道的五名研究员之一，他们的工作将侧重于促进对海上能源活动的系统性风险的理解、管理和降低。
“这些扭曲的圆柱形状使海豹能够感知海洋环境的变化。同样的形状可以帮助我们在实验室中设计传感器，以检测水流的变化，从而可以警告海上风力涡轮机操作员注意危险情况，”他说。
在他的流体、湍流控制和可再生能源实验室中，金和他的研究团队在一个 6 英尺长的透明矩形水道中测试了受胡须启发的设计。泵以不同的速度将水移入管道以模拟海洋环境。金和两位德克萨斯大学达拉斯分校的合著者在《物理评论流体》杂志上发表了一项 2023 年的研究，分析了 3D 打印的海豹胡须在目标改变速度或方向时如何反应。这项研究还发表在《物理》杂志上。
金教授表示，对振动敏感的传感器比传统的使用声波的水下传感技术具有优势，因为声波可能会干扰海洋生物。
监测深海恶劣条件的技术对于海上风能的扩张至关重要。目前，大多数风能是由陆地上的涡轮机产生的。海上风能被认为是下一个增长机会。然而，深海的恶劣风暴对海上涡轮机来说可能是危险的，因为这些涡轮机通过电缆连接到海底，并具有不固定在海底的“浮动”平台。
金说，一种能够对深海危险情况发出警告的传感器可以让技术人员有时间到达安全地带，从而挽救生命。这位工程师还在开发传感器，以保护海上涡轮机在水面上的部件，包括塔架和叶片，免受风损坏。
金的实验室包括一个可以调节颗粒体积分数和喷砂速度的吹砂系统。该装置可让研究人员研究空气中的吹砂如何影响涡轮机或旋翼机叶片。
“对于风力涡轮机来说，你不希望叶片弯曲，”他说。“如果风力太大，塔架可能会倒塌。海上涡轮机的风险更大。”
金表示，他于 2019 年加入德克萨斯大学达拉斯分校，因为该校通过风能中心（也称为 UTD Wind）开展的风能研究项目不断增加。自那时起，他说，他看到越来越多的学生希望为风能行业的职业做好准备。
金教授表示：“清洁能源已成为全球热门话题之一。清洁能源的最大潜在来源之一是风能。未来，人们将更加关注海上风力发电，因为它比陆地上的风力涡轮机能产生更多的能量。”