超疏水表面及其微通道滑移流动的研究

• 作 者: 赵士林
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 超疏水 微通道 电镀氟化合成法 滑移长度 无量纲压降比

随着对微尺度领域流动的研究,人们日益发现滑移现象的存在。宏观的无滑移边界条件无法解释微尺度流动这类现象,因此滑移边界条件应运而生。而超疏水表面材料的研究发展,更为人们对滑移现象的研究提供了良好的材料基础。首先,本文对超疏水表面的基础知识和制备发展现状进行了回顾和总结,并对其发展方向进行了展望。给出了滑移的基本理论、影响因素和滑移机理,对最近几年滑移实验研究和理论数值研究所取得的主要成果进行了总结。其次,本文介绍了本文实验所用的超疏水表面的制备,重点提出了用本文作者所设计的电镀氟化合成法制备超疏水表面的情况。结果表明,用电镀氟化合成法制备的疏水表面接触角都达到了120°以上,最大接触角为162.3°,与化学位错刻蚀法的效果相同。本文还对用化学位错刻蚀法和电镀氟化合成法制备的疏水表面进行了疏水持久性实验,结果表明,电镀氟化合成法制备的表面更耐冲刷。从而可以说明电镀氟化合成法在制备效果上要优于化学位错刻蚀法。本文又进行了三种不同接触角的疏水表面单侧滑移实验研究,并且对双侧滑移进行了实验研究。结果表明,在相同条件下,双侧滑移实验压差比单侧滑移实验的压差低40.3%。双侧滑移条件下的无量纲压降比是0.464而单侧滑移条件下的无量纲压降比仅为0.148;滑移长度双侧滑移条件下是单侧滑移条件下的2.54倍。双侧滑移速度是单侧的2.32倍。本文还对双侧滑移条件下温度,接触角和微通道的高度对滑移的影响进行了分析。最后,本文利用计算流体动力学方法,应用FLUENT软件,直接给定壁面滑移速度来模拟超疏水表面的滑移流动。在给定壁面滑移速度的条件下,研究了不同微通道高度下无量纲压降比和滑移长度随流速的变化关系;在给定实验数据中的滑移速度和对应流速的前提下,用数值模拟得到的压降差同实验得到的压降差进行对比。