Turbulenzdämpfung durch biologische Polymere

Hechtschleim wird auf einen technischen Strömungskörper übertragen

Hechtschleim

Der Widerstand eines im Wasser bewegten Körpers läßt sich durch Zugabe sogenannter Additive beträchtlich herabsetzen. Nach eigenen Versuchen genügen bereits 1 bis 2 Millionstel Gewichtsanteile eines Additivs, um den Strömungswiderstand eines torpedoförmigen Versuchskörpers im Wasser um 30 % zu reduzieren. Widerstandsvermindernde Additive sind langkettige Moleküle und mikroskopisch kleine Fasern, in denen sich kleinste Strömungswirbel verfangen. Die biologische Evolution hat turbulenzdämpfende Makromoleküle schon vor Urzeiten entwickelt. Denn Fischschleim besitzt nahezu die gleichen strömungsphysikalischen Eigenschaften wie ein technisches Additiv. Allerdings kann der Fisch nicht nach Art der Additivtechnik seinen Lebensraum mit Schleimmolekülen anreichern.

Zur Messung des Strömungswiderstands wird der Versuchskörper in ein Fallrohr eingebracht

Es bleiben die zwei Möglichkeiten offen:

1. Der Fisch sondert laufend Schleim ab und hüllt sich so in eine Additiv-Wolke ein.
2. Die Fadenmoleküle des Fischschleims haften auf der Oberfläche und bilden so ein wirbeldämpfendes "Molekülfell".

Vom Standpunkt der Energieerspamis wäre eine Oberflächen-Hafttechnik günstiger. Denn Schleim ist eine organische Substanz, die im Organismus unter Verbrauch von Stoffwechselenergie synthetisiert werden muß.

Wirbeldämpfung in einem Flüssigkeitsstrahl durch Polyäthylenoxid. Polyox-Konzentrationen:
Links 0 ppm, Mitte 10 ppm, rechts 30 ppm

Die Adhäsionseigenschaft von Fischschleim läßt sich durch folgenden Versuch prüfen: Ein torpedoförmiger Strömungskörper wird unter Wasser vorsichtig am Körper eines Aals, einer Schleie oder eines Hechts entlanggerieben. Durch Fallversuche in einem 3 m hohen wassergefüllten Plexiglasrohr wird anschließend der Widerstand des Körpers gemessen. Ergebnis: Eine anfängliche Widerstandsverminderung von maximal 30 % verliert sich nach etwa 20 Fallversuchen. Der Schleim wird abgewaschen, wenn auch langsamer als eine zum Vergleich aufgebrachte Schicht eines technischen Additivs, z.B. von Polyäthylenoxid. Der auf die technische Oberfläche übertragene Fischschleim besitzt nicht die Konsistenz einer natürlichen Fischschleimschicht, die sich nur mit Mühe entfernen läßt.

Eine Oberflächenschicht, die eine entfernte Ähnlichkeit mit einer Fischschleimschicht aufweist, ergibt sich durch folgende Prozedur: Der Versuchskörper wird zuerst mit Jodtinktur bestrichen. Danach wird Polyäthylenoxid aufgetragen, das auf der vorbehandelten Oberfläche sofort zu einem Gelee erstarrt. Mit einem derart präparierten Strömungskörper können bis zu 30 Fallversuche mit deutlich vermindertem Widerstand durchgeführt werden. Auch danach fühlt sich der Körper noch schleimig an. Das könnte heißen, daß die Polyäthylenoxid-Moleküle lediglich von der Oberfläche abgerissen wurden, weshalb für die Zukunft Versuche mit zerreißfesteren Fadenmolekülen - dazu gehört auch Fischschleim - geplant sind.

Die bisherigen Resultate sind bescheiden. Doch spricht nichts dagegen, daß es einmal gelingt, ein widerstandsverminderndes Gel nach dem Vorbild der Fische zu entwickeln.