通過自然界超疏水植物的啟發(fā),探究植物的浸潤性及表面微結(jié)構(gòu),利用CFD數(shù)值模擬提取并優(yōu)化表面結(jié)構(gòu),通過高速電火花線切割的方法獲得易操控的穩(wěn)定的超疏水仿生樣件,為流體機械減阻和流體運輸提供理論基礎(chǔ)。本文選取的美人蕉葉、美人蕉花、狗尾草和三葉草四種植物進行研究測試,研究發(fā)現(xiàn)美人蕉葉、狗尾草、三葉草具有良好的超疏水效果。美人蕉表面結(jié)構(gòu)為規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),且表面布有凸包形態(tài)的結(jié)構(gòu),網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上附著有納米級的微粒,構(gòu)成微納米復(fù)合結(jié)構(gòu),是影響超疏水性能的重要因素。狗尾草和美人蕉結(jié)構(gòu)表面均表現(xiàn)為條紋狀的微結(jié)構(gòu),狗尾草表現(xiàn)為長條紋,但條紋間間隔并不一致;美人蕉表面為間斷式段條紋,但條紋間間隔基本一致。超疏水植物的表面結(jié)構(gòu)為研究仿生超疏水樣件提供了理論基礎(chǔ),為后續(xù)將超疏水表面運用到流體機械和流體運輸上提供了重要的研究基礎(chǔ)。利用CFD數(shù)值模擬再現(xiàn)液滴撞擊超疏水結(jié)構(gòu)表面的過程。將三種植物的表面結(jié)構(gòu)優(yōu)化成凸包結(jié)構(gòu)和條紋結(jié)構(gòu),建立數(shù)學模型,通過ICEM前處理軟件劃分網(wǎng)格,導(dǎo)入FLUENT軟件中選取VOF計算方法追蹤固-液界面流動特性。利用CFD模擬優(yōu)化的凸包結(jié)構(gòu)和條紋結(jié)構(gòu)具有良好的超疏水特性,液滴在起表面展現(xiàn)了低粘附... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：102 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

液滴落在荷葉的狀態(tài)與荷葉的SEM圖像

圖 1.2 具有超疏水性質(zhì)的生物1.2.2 超疏水表面在不同領(lǐng)域的應(yīng)用因為超疏水表面表現(xiàn)出對水的極難浸潤性，展現(xiàn)了與水之間低黏附性和較小的滾動角，這一良好的特性能廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。（1）在微物質(zhì)能量領(lǐng)域的應(yīng)用。超疏水表面具有良好的超疏水可逆性，使超疏水特性在微物質(zhì)能量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[25]。Michael 等人用光照改變下板表面能量，通過下板表面能的改變來移動下半月板的位置[26]。超疏水的可逆性也可以用來控制微小物質(zhì)的運動，例如微小的灰塵，當灰塵的接觸表面為低表面能表面時，灰塵就會被抬起；當接觸表面為高表面能表面時灰塵被釋放[27]。超疏水在微物質(zhì)能量領(lǐng)域的成功應(yīng)用，實現(xiàn)了表面能和機械能之間的轉(zhuǎn)變[28]。（2）在運輸領(lǐng)域的應(yīng)用。

第 1 章 緒論過程中的污染。Tuteja 等人在油料管道輸送和儲油罐內(nèi)制備出以低表面能物質(zhì)修飾的粗糙表面[29]。（3）在自清潔的應(yīng)用。超疏水在自清潔領(lǐng)域的應(yīng)用一直是研究熱點，除了在金屬上的自清潔之外，公共設(shè)施上的自清潔也是一大熱點[30-32]。液滴與超疏水表面接觸時，具有超高的接觸角和較低的滾動角，所以液滴極易在超疏水表面滾動，進而帶走大量灰塵。如圖 1.3 所示為超疏水表面自清潔時的示意圖，當液滴落在超疏水表面上，由于液滴在超疏水表面的極難浸潤性，并且液滴與超疏水表面具有極小的滾動角，所以液滴能在超疏水表面滾動并且利用液滴粘附力帶走微小的灰塵。Lomga[33]和Furstner[34]等都加工并驗證了超疏水表面在自清潔領(lǐng)域的應(yīng)用。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]仿生超疏水材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]. 崔旭遠,高萬賢.  針織工業(yè). 2018(01)
[2]電紡及疏水改性制備CA/SiNPs-FAS超疏水復(fù)合膜及膜蒸餾脫鹽研究[J]. 丁春立,林帝出,王德武,侯得印,王軍.  化工學報. 2018(04)
[3]具有超疏水表面的白銅在3.5%NaCl溶液中的電化學行為[J]. 徐群杰,鄧先欽,潘紅濤,云虹.  金屬學報. 2012(01)
[4]追蹤不可壓縮兩相流相界面的CLSVOF方法[J]. 宋云超,王春海,寧智.  農(nóng)業(yè)機械學報. 2011(07)
[5]超疏水性材料表面的制備、應(yīng)用和相關(guān)理論研究的新進展[J]. 范治平,魏增江,田冬,肖成龍,孫曉玲,陳承來,劉偉良.  高分子通報. 2010(11)
[6]粘性流場中船舶操縱水動力導(dǎo)數(shù)計算[J]. 李冬荔.  哈爾濱工程大學學報. 2010(04)
[7]微觀結(jié)構(gòu)表面接觸角模型及其潤濕性[J]. 李小兵,劉瑩.  材料導(dǎo)報. 2009(24)
[8]蝴蝶翅膀表面超微結(jié)構(gòu)與浸潤性機理分析[J]. 徐琳,丁建寧,李伯全,程廣貴,坎標.  江蘇大學學報(自然科學版). 2009(04)
[9]潤濕性可控智能表面的研究進展[J]. 施政余,李梅,趙燕,路慶華.  材料研究學報. 2008(06)
[10]材料表面潤濕性的控制與制備技術(shù)[J]. 李小兵,劉瑩.  材料工程. 2008(04)

碩士論文
[1]鋰離子電池碳/硅復(fù)合負極材料及其粘結(jié)劑的研究[D]. 姜成龍.北京理工大學 2016
[2]仿生超疏水表面的制備及其潤濕性研究[D]. 張先營.蘇州大學 2015
[3]液滴撞擊平面液膜的流動特性和換熱性能數(shù)值模擬[D]. 魏蘭.大連理工大學 2014



本文編號：3026861