细长纤维插入液面时的毛细屈曲研究

来源 :第十四届现代数学和力学学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhiyuanszy
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  在池塘水面上爬行的小动物运动时的腿往往呈现出不同的姿态,因而与水面接触的角度会经常变化。当这些小动物的腿直立地插入液面时,我们采用连续介质力学的方法对之进行了分析。首先将腿简化为一根细长纤维,分析了在表面张力和Laplace压力的作用下细长纤维插入液面时周围液桥的各种形状,同时将已有的近似理论解与我们的数值解进行对比,发现二者吻合得很好。我们系统地研究了纤维的直径、接触角和纤维插入水中的深度对于液桥形貌及其产生的浮力的影响。在此基础上进一步研究了细长纤维发生毛细屈曲的影响因素和临界条件。这些计算结果与自然界中某些小动物的特征尺寸是比较吻合的。本研究的一些结论可以用来解释自然界的一些小动物在水面爬行的力学机理,同时也为设计超疏水材料、微机电系统、微流体器件、微型传感器等提供一定的理论参考。
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