超疏水表面潤濕性與流動減阻機理研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

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構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°,因此表面微細粗糙結構是獲得超疏水表面的關鍵。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,由于其廣闊的應用前景,超疏水表面的浸潤性及其應用成為研究的熱點。 本文采用表面刻蝕,化學涂覆

2、等方法加工了多種不同表面形態(tài)、尺寸的微納米結構超疏水表面,分別在水下承壓、蒸汽凝結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,得出表面微結構的間隙尺寸是決定其承壓能力的關鍵,一重納米結構表面的承壓能力要優(yōu)于二重結構表面,更優(yōu)于一重微米結構表面。在蒸汽凝結實驗中,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測方程,認為冷凝液滴內的特殊接觸線是第三種狀態(tài)的

3、存在標志,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用,本文分別采用統(tǒng)觀模型(k-ε模型)和細觀模型(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、表面微結構形態(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;

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