气—液界面对超疏水微通道减阻的影响

发布时间：2022-11-05 14:57

　　近年来,人们受自然界中荷叶、水稻叶和芋头叶等植物表面疏水特性的启发,越来越关注超疏水表面的特性。超疏水表面在减小流动阻力和自清洁材料方面具有良好的应用前景。超疏水表面具有凹凸不平的粗糙微结构,在表面张力作用下,流体流过时并不能完全浸润微结构,而在这些微结构之间驻留部分气体,形成剪切力较小的气-液接触面,极大减少了表面上的固-液接触面积,从而降低流体流过时的粘性阻力。有关超疏水微通道中流动减阻的研究表明,气-液界面曲率对滑移长度和减阻效果具有显著影响。因此,本文着重研究了气-液界面对超疏水微通道中流动减阻的影响,主要内容如下:（1）针对表面具有横向微坑的超疏水微通道中的流动减阻特性,基于抛物线型气-液界面,采用VOF模型对微通道中的单侧滑移流动进行了二维定常数值模拟,研究了层流状态下超疏水微通道中的流动运动学特征,并分析了入口速度、微坑面积比、微通道高度、抛物线型高度、微坑深度和微坑形状对流动减阻的影响。（2）为进一步全面地探讨层流状态下气-液界面曲率对超疏水微通道中流动减阻的影响,定义气-液界面切线与微脊表面所在水平线间的夹角为凸出角?,当?取值范围为-90?~90?时,针对微通道中的... 

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【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 超疏水表面及其理论模型
        1.1.2 超疏水表面性能的影响因素
        1.1.3 超疏水表面的应用
    1.2 边界滑移理论
    1.3 研究现状
    1.4 研究内容
第2章 基于抛物线型气-液界面的超疏水微通道数值模拟
    2.1 引言
    2.2 物理模型
    2.3 数学模型
        2.3.1 体积分数
        2.3.2 控制方程与求解条件
    2.4 网格划分
    2.5 模型参数
    2.6 模拟结果与实验值、理论值对比
        2.6.1 模拟结果与实验值对比
        2.6.2 模拟结果与理论值对比
    2.7 流动运动学特征
    2.8 流动和结构参数对减阻效果的影响
        2.8.1 入口速度的影响
        2.8.2 微坑面积比和微通道高度的影响
        2.8.3 抛物线型高度的影响
        2.8.4 微坑深度的影响
        2.8.5 微坑形状的影响
    2.9 本章小结
第3章 界面曲率对超疏水微通道减阻的影响
    3.1 引言
    3.2 物理模型
    3.3 数学模型
    3.4 网格划分
    3.5 模型参数
    3.6 模拟结果与理论值对比
    3.7 流动运动学特征
    3.8 流动和结构参数对减阻效果的影响
        3.8.1 自由剪切面积比的影响
        3.8.2 微通道高度的影响
        3.8.3 雷诺数的影响
    3.9 本章小结
第4章 结论与展望
    4.1 结论
    4.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]超疏水材料表面液—气界面的稳定性及演化规律[J]. 吕鹏宇,薛亚辉,段慧玲.  力学进展. 2016(00)
[2]表面张力对疏水微结构表面减阻的影响[J]. 宋保维,任峰,胡海豹,郭云鹤.  物理学报. 2014(05)
[3]超疏水表面微通道内滑移速度的模拟研究[J]. 杜蒙蒙,庄俭,张亚军,吴大鸣.  热科学与技术. 2011(04)
[4]具有微纳结构超疏水表面的槽道减阻特性研究[J]. 卢思,姚朝晖,郝鹏飞,傅承诵.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(07)
[5]超疏水表面滑移流动的模拟研究[J]. 赵士林,刘晓华.  热科学与技术. 2010(01)
[6]纳米吸附法降低岩石微孔道水流阻力的实验研究[J]. 狄勤丰,沈琛,王掌洪,顾春元,施利毅,方海平.  石油学报. 2009(01)
[7]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)
[8]超疏水表面微通道内水的传热特性[J]. 宋善鹏,于志家,刘兴华,秦福涛,方薪晖,孙相彧.  化工学报. 2008(10)
[9]铝合金基体上超疏水表面的制备[J]. 李艳峰,于志家,于跃飞,霍素斌,宋善鹏.  高校化学工程学报. 2008(01)
[10]超疏水光栅微结构表面减阻试验研究[J]. 叶霞,周明,蔡兰,袁润,李健,李刚.  中国机械工程. 2007(23)

硕士论文
[1]表面润湿性对微通道界面阻力影响的研究[D]. 常允乐.大连海事大学 2013
[2]水下航行器低表面能涂层减阻研究[D]. 侯智敏.西北工业大学 2007



本文编号：3702815