Implementation of functional PVDF-electrospun and electrosprayed coatings for aerodynamics applications
Abstract
In this study, functional polyvinylidene fluoride (PVDF) coatings have been developed using two electrohydrodynamic techniques, electrospinning and electrospraying, with the aim of improving the aerodynamic performance of a NACA 0018 airfoil. The characterization of the surface morphology (via confocal microscopy and SEM) and wettability (contact angle) of each coating was conducted, and subsequent experimental wind tunnel tests were performed at Reynolds numbers of 100000 and 150000. The outcomes demonstrate that the electrospinning coating generates a surface roughness that delays boundary layer detachment, resulting in a substantial enhancement of the lift coefficient (Cl) and aerodynamic efficiency (Cl/Cd), particularly within the range of angles of attack between 20° and 30°. This effect is more pronounced at Re=100000, although it also occurs at Re=150000. It is noteworthy that the coatings produced by electrospraying exert minimal influence on the aerodynamics of the airfoil, as evidenced by the comparable Cl and Cd values observed for the uncoated airfoil. However, electrosprayed surfaces exhibit significantly higher water contact angles, reaching up to 154°, indicative of a superhydrophobic nature.
Full text
NACA 0018 C 0,1 T E 0,08 T húmeda S 0,008 % humedad Re 150000 Brazo (mm) 235 rho 1,201 Tara L a -0,0 Ang -14 Tara L a -0,0 Tara L -0,01 visc 1,83E-05 Tara D 0 Tara D 0 (oscila a 0,01) Tara D 0 v 22,91 Ángulo Lift Drag Lift corregido Drag corregido CL CD Ángulo Lift Drag Lift corregido Drag corregido CL CD Ángulo Lift Drag Lift corregido Drag corregido CL CD CL medio CL desv CD medio CD desv 0 0 0,1 0 0,12893617 0 0,05113539 0 0 0,09 0 0,11604255 0 0,04602185 0 0 0,09 0 0,11604255 0 0,04602185 0 0 0,04772637 0,0029523 1 0,03 0,1 0,03868085 0,12893617 0,01534062 0,05113539 1 0,04 0,09 0,05157447 0,11604255 0,02045416 0,04602185 1 0,04 0,09 0,05157447 0,11604255 0,02045416 0,04602185 0,01874964 0,0029523 0,04772637 0,0029523 2 0,07 0,09 0,09025532 0,11604255 0,03579477 0,04602185 2 0,09 0,1 0,11604255 0,12893617 0,04602185 0,05113539 2 0,08 0,09 0,10314894 0,11604255 0,04090831 0,04602185 0,04090831 0,00511354 0,04772637 0,0029523 3 0,12 0,11 0,1547234 0,14182979 0,06136247 0,05624893 3 0,13 0,09 0,16761702 0,11604255 0,06647601 0,04602185 3 0,13 0,09 0,16761702 0,11604255 0,06647601 0,04602185 0,0647715 0,0029523 0,04943088 0,00590461 4 0,17 0,1 0,21919149 0,12893617 0,08693017 0,05113539 4 0,18 0,1 0,23208511 0,12893617 0,09204371 0,05113539 4 0,18 0,1 0,23208511 0,12893617 0,09204371 0,05113539 0,09033919 0,0029523 0,05113539 8,4984E-18 5 0,22 0,11 0,28365957 0,14182979 0,11249786 0,05624893 5 0,24 0,11 0,30944681 0,14182979 0,12272494 0,05624893 5 0,23 0,11 0,29655319 0,14182979 0,1176114 0,05624893 0,1176114 0,00511354 0,05624893 0 6 0,27 0,11 0,34812766 0,14182979 0,13806556 0,05624893 6 0,29 0,11 0,37391489 0,14182979 0,14829264 0,05624893 6 0,27 0,11 0,34812766 0,14182979 0,13806556 0,05624893 0,14147458 0,00590461 0,05624893 0 7 0,32 0,12 0,41259574 0,1547234 0,16363325 0,06136247 7 0,34 0,12 0,43838298 0,1547234 0,17386033 0,06136247 7 0,33 0,12 0,42548936 0,1547234 0,16874679 0,06136247 0,16874679 0,00511354 0,06136247 0 8 0,37 0,13 0,47706383 0,16761702 0,18920095 0,06647601 8 0,39 0,12 0,50285106 0,1547234 0,19942803 0,06136247 8 0,38 0,13 0,48995745 0,16761702 0,19431449 0,06647601 0,19431449 0,00511354 0,0647715 0,0029523 9 0,42 0,14 0,54153191 0,18051064 0,21476865 0,07158955 9 0,45 0,14 0,58021277 0,18051064 0,23010926 0,07158955 9 0,44 0,13 0,56731915 0,16761702 0,22499572 0,06647601 0,22329121 0,00781106 0,06988504 0,0029523 10 0,48 0,15 0,61889362 0,19340426 0,24544988 0,07670309 10 0,51 0,15 0,65757447 0,19340426 0,2607905 0,07670309 10 0,51 0,14 0,65757447 0,18051064 0,2607905 0,07158955 0,25567696 0,00885691 0,07499857 0,0029523 11 0,55 0,16 0,70914894 0,20629787 0,28124466 0,08181663 11 0,58 0,16 0,74782979 0,20629787 0,29658527 0,08181663 11 0,57 0,16 0,73493617 0,20629787 0,29147173 0,08181663 0,28976722 0,00781106 0,08181663 0 12 0,61 0,17 0,78651064 0,21919149 0,31192589 0,08693017 12 0,64 0,17 0,82519149 0,21919149 0,32726651 0,08693017 12 0,63 0,17 0,81229787 0,21919149 0,32215297 0,08693017 0,32044846 0,00781106 0,08693017 1,6997E-17 13 0,67 0,18 0,86387234 0,23208511 0,34260713 0,09204371 13 0,7 0,18 0,90255319 0,23208511 0,35794774 0,09204371 13 0,69 0,18 0,88965957 0,23208511 0,3528342 0,09204371 0,35112969 0,00781106 0,09204371 0 14 0,73 0,2 0,94123404 0,25787234 0,37328836 0,10227078 14 0,77 0,2 0,99280851 0,25787234 0,39374252 0,10227078 14 0,75 0,2 0,96702128 0,25787234 0,38351544 0,10227078 0,38351544 0,01022708 0,10227078 1,6997E-17 15 0,8 0,22 1,03148936 0,28365957 0,40908314 0,11249786 15 0,83 0,22 1,07017021 0,28365957 0,42442375 0,11249786 15 0,83 0,22 1,07017021 0,28365957 0,42442375 0,11249786 0,41931021 0,00885691 0,11249786 0 16 0,87 0,23 1,12174468 0,29655319 0,44487791 0,1176114 16 0,88 0,24 1,1346383 0,30944681 0,44999145 0,12272494 16 0,89 0,23 1,14753191 0,29655319 0,45510499 0,1176114 0,44999145 0,00511354 0,11931591 0,0029523 17 0,94 0,26 1,212 0,33523404 0,48067268 0,13295202 17 0,94 0,25 1,212 0,32234043 0,48067268 0,12783848 17 0,96 0,25 1,23778723 0,32234043 0,49089976 0,12783848 0,48408171 0,00590461 0,12954299 0,0029523 18 1 0,27 1,2893617 0,34812766 0,51135392 0,13806556 18 1,01 0,29 1,30225532 0,37391489 0,51646746 0,14829264 18 1,02 0,27 1,31514894 0,34812766 0,521581 0,13806556 0,51646746 0,00511354 0,14147458 0,00590461 19 1,06 0,29 1,3667234 0,37391489 0,54203515 0,14829264 19 1,08 0,3 1,39251064 0,38680851 0,55226223 0,15340618 19 1,09 0,28 1,40540426 0,36102128 0,55737577 0,1431791 0,55055772 0,00781106 0,14829264 0,00511354 20 1,14 0,32 1,46987234 0,41259574 0,58294347 0,16363325 20 1,15 0,33 1,48276596 0,42548936 0,58805701 0,16874679 20 1,15 0,33 1,48276596 0,42548936 0,58805701 0,16874679 0,58635249 0,0029523 0,16704228 0,0029523 21 1,21 0,35 1,56012766 0,4512766 0,61873824 0,17897387 21 1,21 0,35 1,56012766 0,4512766 0,61873824 0,17897387 21 1,23 0,36 1,58591489 0,46417021 0,62896532 0,18408741 0,62214727 0,00590461 0,18067838 0,0029523 22 1,26 0,38 1,62459574 0,48995745 0,64430594 0,19431449 22 1,26 0,37 1,62459574 0,47706383 0,64430594 0,18920095 22 1,29 0,39 1,6632766 0,50285106 0,65964656 0,19942803 0,64941948 0,00885691 0,19431449 0,00511354 23 1,32 0,42 1,70195745 0,54153191 0,67498717 0,21476865 23 1,32 0,42 1,70195745 0,54153191 0,67498717 0,21476865 23 1,35 0,41 1,7406383 0,5286383 0,69032779 0,20965511 0,68010071 0,00885691 0,21306413 0,0029523 24 1,23 0,56 1,58591489 0,72204255 0,62896532 0,28635819 24 1,24 0,54 1,59880851 0,69625532 0,63407886 0,27613112 24 1,24 0,56 1,59880851 0,72204255 0,63407886 0,28635819 0,63237435 0,0029523 0,28294917 0,00590461 25 1,3 0,61 1,67617021 0,78651064 0,6647601 0,31192589 25 1,3 0,61 1,67617021 0,78651064 0,6647601 0,31192589 25 1,29 0,6 1,6632766 0,77361702 0,65964656 0,30681235 0,66305558 0,0029523 0,31022138 0,0029523 26 1,34 0,65 1,72774468 0,83808511 0,68521425 0,33238005 26 1,35 0,65 1,7406383 0,83808511 0,69032779 0,33238005 26 1,34 0,65 1,72774468 0,83808511 0,68521425 0,33238005 0,68691877 0,0029523 0,33238005 0 27 1,4 0,71 1,80510638 0,91544681 0,71589549 0,36306128 27 1,39 0,68 1,79221277 0,87676596 0,71078195 0,34772067 27 1,39 0,7 1,79221277 0,90255319 0,71078195 0,35794774 0,71248646 0,0029523 0,35624323 0,00781106 28 1,46 0,75 1,88246809 0,96702128 0,74657672 0,38351544 28 1,45 0,74 1,86957447 0,95412766 0,74146318 0,3784019 28 1,44 0,74 1,85668085 0,95412766 0,73634964 0,3784019 0,74146318 0,00511354 0,38010641 0,0029523 29 1,49 0,78 1,92114894 1,00570213 0,76191734 0,39885606 29 1,5 0,78 1,93404255 1,00570213 0,76703088 0,39885606 29 1,48 0,79 1,90825532 1,01859574 0,7568038 0,4039696 0,76191734 0,00511354 0,40056057 0,0029523 30 1,53 0,84 1,9727234 1,08306383 0,7823715 0,42953729 30 1,53 0,84 1,9727234 1,08306383 0,7823715 0,42953729 30 1,52 0,84 1,95982979 1,08306383 0,77725796 0,42953729 0,78066698 0,0029523 0,42953729 0 31 1,57 0,89 2,02429787 1,14753191 0,80282565 0,45510499 31 1,57 0,88 2,02429787 1,1346383 0,80282565 0,44999145 31 1,57 0,88 2,02429787 1,1346383 0,80282565 0,44999145 0,80282565 0 0,45169596 0,0029523 32 1,59 0,93 2,05008511 1,19910638 0,81305273 0,47555915 32 1,6 0,93 2,06297872 1,19910638 0,81816627 0,47555915 32 1,58 0,92 2,03719149 1,18621277 0,80793919 0,47044561 0,81305273 0,00511354 0,47385463 0,0029523 33 1,62 0,98 2,08876596 1,26357447 0,82839335 0,50112684 33 1,63 0,98 2,10165957 1,26357447 0,83350689 0,50112684 33 1,61 0,97 2,07587234 1,25068085 0,82327981 0,4960133 0,82839335 0,00511354 0,49942233 0,0029523 34 1,63 1,02 2,10165957 1,31514894 0,83350689 0,521581 34 1,64 1,02 2,11455319 1,31514894 0,83862043 0,521581 34 1,63 1 2,10165957 1,2893617 0,83350689 0,51135392 0,8352114 0,0029523 0,51817197 0,00590461 35 1,44 0,99 1,85668085 1,27646809 0,73634964 0,50624038 35 1,43 0,99 1,84378723 1,27646809 0,7312361 0,50624038 35 1,45 1,01 1,86957447 1,30225532 0,74146318 0,51646746 0,73634964 0,00511354 0,50964941 0,00590461 36 1,37 1,02 1,76642553 1,31514894 0,70055487 0,521581 36 1,37 1,01 1,76642553 1,30225532 0,70055487 0,51646746 36 1,38 1,01 1,77931915 1,30225532 0,70566841 0,51646746 0,70225938 0,0029523 0,51817197 0,0029523 37 1,33 1,04 1,71485106 1,34093617 0,68010071 0,53180808 37 1,35 1,05 1,7406383 1,35382979 0,69032779 0,53692162 37 1,34 1,02 1,72774468 1,31514894 0,68521425 0,521581 0,68521425 0,00511354 0,53010356 0,00781106 38 1,31 1,06 1,68906383 1,3667234 0,66987363 0,54203515 38 1,32 1,07 1,70195745 1,37961702 0,67498717 0,54714869 38 1,31 1,05 1,68906383 1,35382979 0,66987363 0,53692162 0,67157815 0,0029523 0,54203515 0,00511354 39 1,31 1,1 1,68906383 1,41829787 0,66987363 0,56248931 39 1,31 1,09 1,68906383 1,40540426 0,66987363 0,55737577 39 1,29 1,07 1,6632766 1,37961702 0,65964656 0,54714869 0,66646461 0,00590461 0,55567126 0,00781106 40 1,3 1,13 1,67617021 1,45697872 0,6647601 0,57782993 40 1,31 1,13 1,68906383 1,45697872 0,66987363 0,57782993 40 1,29 1,11 1,6632766 1,43119149 0,65964656 0,56760285 0,6647601 0,00511354 0,5744209 0,00590461 41 1,3 1,16 1,67617021 1,49565957 0,6647601 0,59317055 41 1,3 1,16 1,67617021 1,49565957 0,6647601 0,59317055 41 1,29 1,14 1,6632766 1,46987234 0,65964656 0,58294347 0,66305558 0,0029523 0,58976152 0,00590461 42 1,29 1,2 1,6632766 1,54723404 0,65964656 0,6136247 42 1,3 1,19 1,67617021 1,53434043 0,6647601 0,60851116 42 1,28 1,18 1,65038298 1,52144681 0,65453302 0,60339762 0,65964656 0,00511354 0,60851116 0,00511354 43 1,29 1,24 1,6632766 1,59880851 0,65964656 0,63407886 43 1,29 1,22 1,6632766 1,57302128 0,65964656 0,62385178 43 1,28 1,21 1,65038298 1,56012766 0,65453302 0,61873824 0,65794204 0,0029523 0,62555629 0,00781106 44 1,29 1,26 1,6632766 1,62459574 0,65964656 0,64430594 44 1,29 1,26 1,6632766 1,62459574 0,65964656 0,64430594 44 1,28 1,24 1,65038298 1,59880851 0,65453302 0,63407886 0,65794204 0,0029523 0,64089691 0,00590461 45 1,28 1,3 1,65038298 1,67617021 0,65453302 0,6647601 45 1,29 1,29 1,6632766 1,6632766 0,65964656 0,65964656 45 1,28 1,28 1,65038298 1,65038298 0,65453302 0,65453302 0,65623753 0,0029523 0,65964656 0,00511354 46 1,28 1,33 1,65038298 1,71485106 0,65453302 0,68010071 46 1,28 1,33 1,65038298 1,71485106 0,65453302 0,68010071 46 1,27 1,31 1,63748936 1,68906383 0,64941948 0,66987363 0,6528285 0,0029523 0,67669169 0,00590461 47 1,28 1,37 1,65038298 1,76642553 0,65453302 0,70055487 47 1,28 1,36 1,65038298 1,75353191 0,65453302 0,69544133 47 1,26 1,34 1,62459574 1,72774468 0,64430594 0,68521425 0,65112399 0,00590461 0,69373682 0,00781106 48 1,27 1,4 1,63748936 1,80510638 0,64941948 0,71589549 48 1,28 1,4 1,65038298 1,80510638 0,65453302 0,71589549 48 1,26 1,39 1,62459574 1,79221277 0,64430594 0,71078195 0,64941948 0,00511354 0,71419097 0,0029523 49 1,27 1,43 1,63748936 1,84378723 0,64941948 0,7312361 49 1,27 1,45 1,63748936 1,86957447 0,64941948 0,74146318 49 1,26 1,42 1,62459574 1,83089362 0,64430594 0,72612257 0,64771496 0,0029523 0,73294062 0,00781106 50 1,26 1,47 1,62459574 1,8953617 0,64430594 0,75169026 50 1,26 1,48 1,62459574 1,90825532 0,64430594 0,7568038 50 1,25 1,46 1,61170213 1,88246809 0,6391924 0,74657672 0,64260143 0,0029523 0,75169026 0,00511354 EXPERIMENTACIÓN 1 EXPERIMENTACIÓN 2 EXPERIMENTACIÓN 3 VALORES MEDIOS 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0 10 20 30 40 50 60 CL medio 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0 10 20 30 40 50 60 CD medio