發(fā)布時間：2020-03-27 21:36

【摘要】： 針對超疏水微納米結(jié)構(gòu)表面在流動減阻方面的應(yīng)用,本文在國家自然科學(xué)基金的資助下(No.50606025),采用先進(jìn)的流動實驗測量技術(shù),對多種方法制備的疏水和超疏水表面,在不同流態(tài)下的減阻機(jī)理和減阻規(guī)律進(jìn)行了實驗研究。本文的主要工作包括三個方面: (1)超疏水表面制備與潤濕特性的研究 采用多種方法制備了不同表面結(jié)構(gòu)不同潤濕特性的疏水和超疏水表面,使用視頻光學(xué)接觸角測量儀和掃面電鏡(SEM)研究了表面結(jié)構(gòu)對表面靜態(tài)和動態(tài)潤濕特性的影響,為進(jìn)一步研究疏水特性對減阻機(jī)理和規(guī)律的影響奠定了基礎(chǔ)。 (2)超疏水微納米結(jié)構(gòu)表面流動的PIV實驗研究 在一開式低速循環(huán)水槽中,使用先進(jìn)的粒子圖像測速技術(shù),對粒子涂覆方法和層層自組裝兩類方法加工表面,在層流和紊流下近壁處的速度分布規(guī)律進(jìn)行測量,比較研究了在不同流態(tài)下的滑移速度和滑移長度、近壁面速度分布、近壁面渦量分布和紊流脈動規(guī)律。實驗發(fā)現(xiàn),相對親水表面,疏水和超疏水表面近壁處產(chǎn)生不同程度的流動滑移,對近壁面處的渦量和紊流度有明顯影響,且不同流態(tài)變化規(guī)律不同。 (3)超疏水圓管流動減阻的實驗研究 設(shè)計、搭建并標(biāo)定了一套超疏水管道流動阻力實驗臺架,通過測量壓降與流量之間的關(guān)系,研究了內(nèi)壁具有微納米結(jié)構(gòu)的超疏水性表面的圓管在層流和紊流條件下的流動減阻規(guī)律。實驗結(jié)果表明,層流條件下,實驗疏水和超疏水表面的減阻效果不明顯。隨著流動進(jìn)入紊流狀態(tài),疏水表面內(nèi)壁管道和超疏水表面內(nèi)壁管道才會產(chǎn)生較明顯的減阻效果,且隨雷諾數(shù)的增大,減阻效果增強(qiáng)。
【圖文】：

水滴在此表面上很難穩(wěn)定地停留。超疏水表面一般有兩個特點(diǎn)：1、具有特殊的微納米結(jié)構(gòu)；2、表面能較低。將液體滴在固體表面上，液體并不完全展開而與固體表面成一角度，即所謂的接觸角，以θ表示（如圖1-1所示）。在固-液-氣三相交點(diǎn)處做氣-液界面的切線，此切線與固-液交界線之間的夾角就是該液滴在某一表面的接觸角。圖 1-1 接觸角的定義Fig.1-1 Schematic illustrations of contact angle接觸角是衡量固體表面疏水性的標(biāo)準(zhǔn)之一，一般認(rèn)為接觸角越大其表面疏水性也就越好。研究表明，判斷一個表面的疏水效果時，只考慮其接觸角的大小是不夠的，還應(yīng)該考慮它的動態(tài)過程，一般用接觸角滯后或滾動角來衡量[1][2]。接觸角滯后是指固體表面的前進(jìn)接觸角與后退接觸角存在差異的現(xiàn)象。前進(jìn)接觸角 θA是指在增加液滴體積時，液滴與固體表面接觸的三相線將要移動而沒有移動時的接觸角，后退接觸角 θR是指在縮小液滴體積時液滴與固體表面接觸的三相線將動而未動時的接觸角。前進(jìn)角總是大于后退角（如圖 1-2 所示），兩者的差值 θ=θA-θR稱為接觸角滯后。滾動角為液滴在傾斜表面上剛好發(fā)生滾動時

圖 1-2 前進(jìn)角與后退角示意圖 圖 1-3 滾動角示意圖Fig.1-2 Schematic illustrations of advancing Fig.1-3 Schematic illustrations ofangle and receding angle roll-off angle1.1.2 自然界中的超疏水表面自然界中，許多植物葉表面，例如荷葉表面的自清潔效果引起了人們的
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TH117

【參考文獻(xiàn)】

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1 代欽,魏潤杰,黃湛,申功p，

本文編號：2603421