绕流叶片微纳仿生超疏水的制备与减阻机理研究
发布时间：2021-02-10 05:29
通过自然界超疏水植物的启发,探究植物的浸润性及表面微结构,利用CFD数值模拟提取并优化表面结构,通过高速电火花线切割的方法获得易操控的稳定的超疏水仿生样件,为流体机械减阻和流体运输提供理论基础。本文选取的美人蕉叶、美人蕉花、狗尾草和三叶草四种植物进行研究测试,研究发现美人蕉叶、狗尾草、三叶草具有良好的超疏水效果。美人蕉表面结构为规则的网状结构,且表面布有凸包形态的结构,网状结构上附着有纳米级的微粒,构成微纳米复合结构,是影响超疏水性能的重要因素。狗尾草和美人蕉结构表面均表现为条纹状的微结构,狗尾草表现为长条纹,但条纹间间隔并不一致;美人蕉表面为间断式段条纹,但条纹间间隔基本一致。超疏水植物的表面结构为研究仿生超疏水样件提供了理论基础,为后续将超疏水表面运用到流体机械和流体运输上提供了重要的研究基础。利用CFD数值模拟再现液滴撞击超疏水结构表面的过程。将三种植物的表面结构优化成凸包结构和条纹结构,建立数学模型,通过ICEM前处理软件划分网格,导入FLUENT软件中选取VOF计算方法追踪固-液界面流动特性。利用CFD模拟优化的凸包结构和条纹结构具有良好的超疏水特性,液滴在起表面展现了低粘附...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液滴落在荷叶的状态与荷叶的SEM图像
图 1.2 具有超疏水性质的生物1.2.2 超疏水表面在不同领域的应用因为超疏水表面表现出对水的极难浸润性，展现了与水之间低黏附性和较小的滚动角，这一良好的特性能广泛的应用于工业生产和日常生活中。（1）在微物质能量领域的应用。超疏水表面具有良好的超疏水可逆性，使超疏水特性在微物质能量领域得到广泛的应用[25]。Michael 等人用光照改变下板表面能量，通过下板表面能的改变来移动下半月板的位置[26]。超疏水的可逆性也可以用来控制微小物质的运动，例如微小的灰尘，当灰尘的接触表面为低表面能表面时，灰尘就会被抬起；当接触表面为高表面能表面时灰尘被释放[27]。超疏水在微物质能量领域的成功应用，实现了表面能和机械能之间的转变[28]。（2）在运输领域的应用。
第 1 章 绪论过程中的污染。Tuteja 等人在油料管道输送和储油罐内制备出以低表面能物质修饰的粗糙表面[29]。（3）在自清洁的应用。超疏水在自清洁领域的应用一直是研究热点，除了在金属上的自清洁之外，公共设施上的自清洁也是一大热点[30-32]。液滴与超疏水表面接触时，具有超高的接触角和较低的滚动角，所以液滴极易在超疏水表面滚动，进而带走大量灰尘。如图 1.3 所示为超疏水表面自清洁时的示意图，当液滴落在超疏水表面上，由于液滴在超疏水表面的极难浸润性，并且液滴与超疏水表面具有极小的滚动角，所以液滴能在超疏水表面滚动并且利用液滴粘附力带走微小的灰尘。Lomga[33]和Furstner[34]等都加工并验证了超疏水表面在自清洁领域的应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]仿生超疏水材料的研究现状及发展前景[J]. 崔旭远,高万贤. 针织工业. 2018(01)
[2]电纺及疏水改性制备CA/SiNPs-FAS超疏水复合膜及膜蒸馏脱盐研究[J]. 丁春立,林帝出,王德武,侯得印,王军. 化工学报. 2018(04)
[3]具有超疏水表面的白铜在3.5%NaCl溶液中的电化学行为[J]. 徐群杰,邓先钦,潘红涛,云虹. 金属学报. 2012(01)
[4]追踪不可压缩两相流相界面的CLSVOF方法[J]. 宋云超,王春海,宁智. 农业机械学报. 2011(07)
[5]超疏水性材料表面的制备、应用和相关理论研究的新进展[J]. 范治平,魏增江,田冬,肖成龙,孙晓玲,陈承来,刘伟良. 高分子通报. 2010(11)
[6]粘性流场中船舶操纵水动力导数计算[J]. 李冬荔. 哈尔滨工程大学学报. 2010(04)
[7]微观结构表面接触角模型及其润湿性[J]. 李小兵,刘莹. 材料导报. 2009(24)
[8]蝴蝶翅膀表面超微结构与浸润性机理分析[J]. 徐琳,丁建宁,李伯全,程广贵,坎标. 江苏大学学报(自然科学版). 2009(04)
[9]润湿性可控智能表面的研究进展[J]. 施政余,李梅,赵燕,路庆华. 材料研究学报. 2008(06)
[10]材料表面润湿性的控制与制备技术[J]. 李小兵,刘莹. 材料工程. 2008(04)
硕士论文
[1]锂离子电池碳/硅复合负极材料及其粘结剂的研究[D]. 姜成龙.北京理工大学 2016
[2]仿生超疏水表面的制备及其润湿性研究[D]. 张先营.苏州大学 2015
[3]液滴撞击平面液膜的流动特性和换热性能数值模拟[D]. 魏兰.大连理工大学 2014
本文编号：3026861
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液滴落在荷叶的状态与荷叶的SEM图像
图 1.2 具有超疏水性质的生物1.2.2 超疏水表面在不同领域的应用因为超疏水表面表现出对水的极难浸润性，展现了与水之间低黏附性和较小的滚动角，这一良好的特性能广泛的应用于工业生产和日常生活中。（1）在微物质能量领域的应用。超疏水表面具有良好的超疏水可逆性，使超疏水特性在微物质能量领域得到广泛的应用[25]。Michael 等人用光照改变下板表面能量，通过下板表面能的改变来移动下半月板的位置[26]。超疏水的可逆性也可以用来控制微小物质的运动，例如微小的灰尘，当灰尘的接触表面为低表面能表面时，灰尘就会被抬起；当接触表面为高表面能表面时灰尘被释放[27]。超疏水在微物质能量领域的成功应用，实现了表面能和机械能之间的转变[28]。（2）在运输领域的应用。
第 1 章 绪论过程中的污染。Tuteja 等人在油料管道输送和储油罐内制备出以低表面能物质修饰的粗糙表面[29]。（3）在自清洁的应用。超疏水在自清洁领域的应用一直是研究热点，除了在金属上的自清洁之外，公共设施上的自清洁也是一大热点[30-32]。液滴与超疏水表面接触时，具有超高的接触角和较低的滚动角，所以液滴极易在超疏水表面滚动，进而带走大量灰尘。如图 1.3 所示为超疏水表面自清洁时的示意图，当液滴落在超疏水表面上，由于液滴在超疏水表面的极难浸润性，并且液滴与超疏水表面具有极小的滚动角，所以液滴能在超疏水表面滚动并且利用液滴粘附力带走微小的灰尘。Lomga[33]和Furstner[34]等都加工并验证了超疏水表面在自清洁领域的应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]仿生超疏水材料的研究现状及发展前景[J]. 崔旭远,高万贤. 针织工业. 2018(01)
[2]电纺及疏水改性制备CA/SiNPs-FAS超疏水复合膜及膜蒸馏脱盐研究[J]. 丁春立,林帝出,王德武,侯得印,王军. 化工学报. 2018(04)
[3]具有超疏水表面的白铜在3.5%NaCl溶液中的电化学行为[J]. 徐群杰,邓先钦,潘红涛,云虹. 金属学报. 2012(01)
[4]追踪不可压缩两相流相界面的CLSVOF方法[J]. 宋云超,王春海,宁智. 农业机械学报. 2011(07)
[5]超疏水性材料表面的制备、应用和相关理论研究的新进展[J]. 范治平,魏增江,田冬,肖成龙,孙晓玲,陈承来,刘伟良. 高分子通报. 2010(11)
[6]粘性流场中船舶操纵水动力导数计算[J]. 李冬荔. 哈尔滨工程大学学报. 2010(04)
[7]微观结构表面接触角模型及其润湿性[J]. 李小兵,刘莹. 材料导报. 2009(24)
[8]蝴蝶翅膀表面超微结构与浸润性机理分析[J]. 徐琳,丁建宁,李伯全,程广贵,坎标. 江苏大学学报(自然科学版). 2009(04)
[9]润湿性可控智能表面的研究进展[J]. 施政余,李梅,赵燕,路庆华. 材料研究学报. 2008(06)
[10]材料表面润湿性的控制与制备技术[J]. 李小兵,刘莹. 材料工程. 2008(04)
硕士论文
[1]锂离子电池碳/硅复合负极材料及其粘结剂的研究[D]. 姜成龙.北京理工大学 2016
[2]仿生超疏水表面的制备及其润湿性研究[D]. 张先营.苏州大学 2015
[3]液滴撞击平面液膜的流动特性和换热性能数值模拟[D]. 魏兰.大连理工大学 2014
本文编号：3026861
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