湍流状态下结构参数对超疏水微通道流动阻力的影响

发布时间：2020-04-07 17:31

【摘要】：近年来,受水黾、鱼鳞和荷叶等生物表面疏水特性的启发,设计和制备超疏水表面已备受瞩目。超疏水表面在防污、防冰、自清洁等领域具有良好的应用前景。自然界中的超疏水表面大多是基于Cassie模型,表面的粗糙微结构是其具有疏水性的根本原因之一。在表面张力作用下,当流体流过超疏水表面的时候,这些粗糙的微观结构能留住气体,形成固-液-气三相接触面,很大程度上缩减了超疏水表面上的固-液直接接触的面积,减弱流体与超疏水表面之间的粘附作用,从而降低粘性阻力。已有关于超疏水表面的流动和阻力特性研究表明,主要结构参数对超疏水表面的流动和阻力特性具有显著影响,而对湍流状态下超疏水微通道内的内流特征研究尚不完善。因此,本文着重研究主要结构参数对湍流状态下超疏水微通道中流动和阻力特性的影响,内容如下:(1)针对具有横向微观结构的超疏水微通道中的阻力和流动特性,基于直线型气-液界面,将其简化为规律性排列的横向凹槽,应用VOF模型和Realizable k-ε湍流模型对超疏水表面微通道内的流动进行三维稳态数值模拟,研究湍流状态下超疏水表面微通道中的运动学特征,分析雷诺数和主要结构参数对超疏水表面微通道阻力特性的影响。(2)为全面探讨湍流状态下主要结构参数对超疏水微通道中阻力和流动特性的影响,将其简化为规律性排列的纵向凹槽,对充分发展的超疏水表面微通道进行三维稳态数值模拟,分析雷诺数、凹槽深度、自由剪切面积比、微通道宽度、微通道高度对超疏水表面微通道阻力特性的影响,并进一步比较具有纵向和横向微观结构的超疏水表面微通道的阻力特性。
【图文】：

接触角模型

Wenzel模型和Cassie模型
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O357.5

【参考文献】

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本文编号：2618182