疏水性微结构表面的抗结冰特性仿真研究
本文关键词:疏水性微结构表面的抗结冰特性仿真研究 出处:《表面技术》2016年09期 论文类型:期刊论文
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【摘要】:目的探究不同形状微结构表面的疏水、抗结冰特性,以及两者间的关系。方法基于有限体积法对液滴滴落至微结构表面的浸润和凝结过程进行仿真探究。首先建立了具有不同形状微沟槽表面的仿真模型,然后分析了不同微结构表面的疏水特性差异,最后根据不同微结构表面的水滴滴落凝结行为及内部流场的仿真研究,获得了微结构表面疏水性和疏冰性关系,揭示疏冰性产生的原因。结果矩形微结构表面液滴的接触角为109°,表现出疏水特性。锯齿形微结构表面液滴的接触角为162°,表现出超疏水特性。液滴在锯齿形微结构表面上20 ms后凝结率低于2%,抗结冰能力最强。普通表面上的液滴凝结率为4%,低于矩形表面上的6%。对比矩形表面与普通表面上的液滴凝结过程,矩形表面上液滴内部湍流动能是普通表面上液滴的5倍,经过20 ms后,普通表面上液滴近壁面温度下降30 K,同时矩形微结构表面上液滴近壁面温度仅下降10 K。结论具有微结构的表面能表现出疏水性,这种疏水性对抗结冰特性具有双重作用,一方面降低了液滴初期的凝结速度,另一方面加快了液滴在底层形成稳定冰层后的凝结速度。
[Abstract]:Objective to investigate the hydrophobic and anti-icing properties of different shapes of microstructures. Methods based on the finite volume method, the infiltration and condensation process of droplet dropping onto the microstructural surface was simulated. Firstly, a simulation model with different shapes of microgroove surface was established. Then, the hydrophobic characteristics of different microstructures are analyzed. Finally, the hydrophobicity and ice hydrophobicity of microstructures are obtained according to the simulation study of droplet drop condensation behavior and internal flow field on different microstructural surfaces. Results the contact angle of droplets on the surface of rectangular microstructures was 109 掳, which showed hydrophobic property, and the contact angle of droplets on sawtooth microstructures was 162 掳. It shows superhydrophobicity. The condensation rate of droplets on the surface of serrated microstructures is less than 2 Ms, and the freezing resistance of droplets is the strongest. The condensation rate of droplets on ordinary surfaces is 4%. Comparing the condensation process between the rectangular surface and the normal surface, the turbulent kinetic energy of the droplet on the rectangular surface is 5 times that on the ordinary surface, and after 20 Ms. The temperature of droplets near the wall on the ordinary surface decreased by 30 K, while that on the surface of the rectangular microstructures decreased by only 10 K. Conclusion the surface with microstructures shows hydrophobicity. This kind of hydrophobicity has the dual function of resisting ice formation. On the one hand, it reduces the initial condensation rate of the droplets, on the other hand, it speeds up the condensation rate of the droplets after the formation of the stable ice layer at the bottom.
【作者单位】: 哈尔滨工业大学机电工程学院;
【基金】:国家自然科学基金项目(51535003)~~
【分类号】:TG174.4
【正文快照】: Received:2016-04-06;Revised:2016-05-17覆冰灾害会带来巨大的安全隐患。输电线上的覆冰会压断电线,影响正常的生产工作,同时威胁到人身安全[1]。在航空领域,覆冰会增加机翼阻力,影响空速表等传感器的正常使用。此外,在极地等极端恶劣环境,覆冰会严重影响各类暴露在室外的仪
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