超疏水表面潤濕性與流動減阻機(jī)理研究.pdf

1、表面浸潤性是固體表面重要特性之一，通常采用液滴在表面的接觸角大小來衡量，當(dāng)表面接觸角大于150°時，該表面被稱為超疏水表面。研究表明，材料的表面能與表面結(jié)構(gòu)是影響表觀接觸角大小的重要因素，單純通過改變表面能可獲得光滑表面接觸角的極限是120°，因此表面微細(xì)粗糙結(jié)構(gòu)是獲得超疏水表面的關(guān)鍵。隨著微納米科技的發(fā)展，超疏水表面的可控加工成為可能，由于其廣闊的應(yīng)用前景，超疏水表面的浸潤性及其應(yīng)用成為研究的熱點。 本文采用表面刻蝕，化學(xué)涂覆

2、等方法加工了多種不同表面形態(tài)、尺寸的微納米結(jié)構(gòu)超疏水表面，分別在水下承壓、蒸汽凝結(jié)等特殊條件下研究了其表面浸潤性。在水下承壓實驗中，通過考察破壞表面浸潤性的臨界接觸角，得出表面微結(jié)構(gòu)的間隙尺寸是決定其承壓能力的關(guān)鍵，一重納米結(jié)構(gòu)表面的承壓能力要優(yōu)于二重結(jié)構(gòu)表面，更優(yōu)于一重微米結(jié)構(gòu)表面。在蒸汽凝結(jié)實驗中，發(fā)現(xiàn)了不同于Wenzel、Cassie模型的第三種表面液滴形態(tài)，并歸納了其表面接觸角的預(yù)測方程，認(rèn)為冷凝液滴內(nèi)的特殊接觸線是第三種狀態(tài)的

3、存在標(biāo)志，也是其動態(tài)疏水性能喪失的根本原因。 針對超疏水表面在流動減阻方面的應(yīng)用，本文分別采用統(tǒng)觀模型（k-ε模型）和細(xì)觀模型（LES模型）對超疏水表面的流動做了數(shù)值模擬，分析其減阻機(jī)理及規(guī)律。在統(tǒng)觀模型下研究了不同雷諾數(shù)、管徑、氣液接觸面積比、表面微結(jié)構(gòu)形態(tài)等對流動減阻效果的影響，得出在湍流條件下，考察超疏水表面的減阻效果存在一個臨界雷諾數(shù)，在大于此雷諾數(shù)時，超疏水表面才能表現(xiàn)出減阻的效果，此后隨著雷諾數(shù)的增大減阻效果越明顯；