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V型槽棱角对液滴弹跳强化机理的研究
被引量：
1
1
作者
路敦强
张涵莅
+2 位作者
杨永
赵美蓉
郑叶龙
《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第9期907-916,共10页
超疏水表面上的液滴合并诱导弹跳现象在冷凝传热、除霜防冰、自清洁等领域具有广阔应用前景.先前研究表明,液滴弹跳速度遵循毛细-惯性标度定律,无量纲弹跳速度vj*≤0.23,自弹跳过程效率低下,能量转化率η≤4%.为研究微尺度表面结构对液...
超疏水表面上的液滴合并诱导弹跳现象在冷凝传热、除霜防冰、自清洁等领域具有广阔应用前景.先前研究表明,液滴弹跳速度遵循毛细-惯性标度定律,无量纲弹跳速度vj*≤0.23,自弹跳过程效率低下,能量转化率η≤4%.为研究微尺度表面结构对液滴弹跳的影响,突破跳跃速度限制并诱导液滴扫掠,提高液滴清除效率,设计制备了棱角β=135°和β=90°的V型槽超疏水表面.利用高速显微技术记录了两种V型槽表面上液滴聚合过程中的形态演化.实验结果表明,两种V型槽表面都突破了平壁表面的毛细-惯性标度定律,无量纲最大弹跳速度分别为vj*=0.51和vj*=0.61,跳跃方向与表面法线最大夹角分别为36°和60°.与β=135°相比,β=90°的V型槽具有更高的面内速度,有利于提高液滴扫掠效率,清除更多凝结液滴.使用格子玻耳兹曼方法数值模拟合并液滴动力学,包括合并期间液滴速度和基底驱动力的演变,以及液滴内部压力分布和瞬时速度矢量.此外,利用仿真数据计算液滴合并过程中的不同方向液体动量,以及液滴总动能、弹跳动能和振荡动能.仿真结果表明,V型槽的β=90°槽角诱导液滴在收缩过程中的两侧液体回流方向,从几乎相向改变为趋近合并液滴弹跳的同一方向.β=90°槽角抑制了水平方向的液滴振荡,降低了黏性耗散,使更多过剩表面能转化为弹跳动能.
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关键词
V型槽棱角
液
滴
合并
液滴弹跳强化
超疏水表面
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职称材料
凹槽结构强化液滴合并弹跳的数值研究
被引量：
1
2
作者
吴卫民
郑佳宜
王芳
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第2期193-200,共8页
目的 为研究凹槽结构对液滴合并弹跳现象的影响,提高液滴自弹跳的速度和能量转化率。方法 通过有限元方法模拟,研究了液滴在凹槽结构上的动态行为和槽深H、槽宽W及液滴尺寸对V型槽和矩形槽上液滴的弹跳速度、无量纲速度、表面能转化率...
目的 为研究凹槽结构对液滴合并弹跳现象的影响,提高液滴自弹跳的速度和能量转化率。方法 通过有限元方法模拟,研究了液滴在凹槽结构上的动态行为和槽深H、槽宽W及液滴尺寸对V型槽和矩形槽上液滴的弹跳速度、无量纲速度、表面能转化率、动量和总动能的影响。结果 凹槽内与槽外液滴间的合并弹跳包含液滴接触、产生液桥、三相线收缩和液滴弹离表面4个过程;宽高比相同时,液滴弹跳速度和表面能转化率均随液滴半径先增大后减小,凹槽宽高比为1.5,液滴合并弹跳半径为0.25 mm工况下表面能转化效率最高;矩形槽与V型槽,宽高比为1.5,液滴合并弹跳半径为0.25 mm时,液滴弹跳速度与表面能转化率随半径比先增大后减小,在半径比为1时达到峰值,二者表面能转化率最大值为27.87%和30.66%。槽宽恒定时,凹槽结构强化液滴合并弹跳存在最佳凹槽宽高比和最优弹跳半径,V型槽提升液滴弹跳效率比矩形槽高约12%。结论 合并后液滴撞击V型槽侧壁的反作用力使液滴旁瓣较矩形槽更早受到侧壁面抑制而发生回流,从而提升了其能量转化效率,减少了液滴的振荡损失与黏性耗散。研究结果在设计高效的自清洁功能表面、提高冷凝表面换热效率、预防和抑制换热器表面结冰、成霜等工业领域有重要的应用意义。
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关键词
凹槽结构
超疏水表面
液
滴
合并
液滴弹跳强化
有限元方法模拟
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职称材料
题名
V型槽棱角对液滴弹跳强化机理的研究
被引量：
1
1
作者
路敦强
张涵莅
杨永
赵美蓉
郑叶龙
机构
天津大学精密仪器与光电子工程学院
天津师范大学电子与通信工程学院
出处
《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第9期907-916,共10页
基金
国家自然科学基金资助项目(51425502)
天津市自然科学基金资助项目(18JCQNJC04800,18JCZDJC31800,18JCYBJC16100).
文摘
超疏水表面上的液滴合并诱导弹跳现象在冷凝传热、除霜防冰、自清洁等领域具有广阔应用前景.先前研究表明,液滴弹跳速度遵循毛细-惯性标度定律,无量纲弹跳速度vj*≤0.23,自弹跳过程效率低下,能量转化率η≤4%.为研究微尺度表面结构对液滴弹跳的影响,突破跳跃速度限制并诱导液滴扫掠,提高液滴清除效率,设计制备了棱角β=135°和β=90°的V型槽超疏水表面.利用高速显微技术记录了两种V型槽表面上液滴聚合过程中的形态演化.实验结果表明,两种V型槽表面都突破了平壁表面的毛细-惯性标度定律,无量纲最大弹跳速度分别为vj*=0.51和vj*=0.61,跳跃方向与表面法线最大夹角分别为36°和60°.与β=135°相比,β=90°的V型槽具有更高的面内速度,有利于提高液滴扫掠效率,清除更多凝结液滴.使用格子玻耳兹曼方法数值模拟合并液滴动力学,包括合并期间液滴速度和基底驱动力的演变,以及液滴内部压力分布和瞬时速度矢量.此外,利用仿真数据计算液滴合并过程中的不同方向液体动量,以及液滴总动能、弹跳动能和振荡动能.仿真结果表明,V型槽的β=90°槽角诱导液滴在收缩过程中的两侧液体回流方向,从几乎相向改变为趋近合并液滴弹跳的同一方向.β=90°槽角抑制了水平方向的液滴振荡,降低了黏性耗散,使更多过剩表面能转化为弹跳动能.
关键词
V型槽棱角
液
滴
合并
液滴弹跳强化
超疏水表面
Keywords
V-groove edge angle
droplet coalescence
droplet jumping enhancement
superhydrophobic surface
分类号
TK124 [动力工程及工程热物理—工程热物理]
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职称材料
题名
凹槽结构强化液滴合并弹跳的数值研究
被引量：
1
2
作者
吴卫民
郑佳宜
王芳
机构
南京理工大学能源与动力工程学院电子设备热控制工信部重点实验室
出处
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第2期193-200,共8页
基金
国家自然科学基金(51706101)。
文摘
目的 为研究凹槽结构对液滴合并弹跳现象的影响,提高液滴自弹跳的速度和能量转化率。方法 通过有限元方法模拟,研究了液滴在凹槽结构上的动态行为和槽深H、槽宽W及液滴尺寸对V型槽和矩形槽上液滴的弹跳速度、无量纲速度、表面能转化率、动量和总动能的影响。结果 凹槽内与槽外液滴间的合并弹跳包含液滴接触、产生液桥、三相线收缩和液滴弹离表面4个过程;宽高比相同时,液滴弹跳速度和表面能转化率均随液滴半径先增大后减小,凹槽宽高比为1.5,液滴合并弹跳半径为0.25 mm工况下表面能转化效率最高;矩形槽与V型槽,宽高比为1.5,液滴合并弹跳半径为0.25 mm时,液滴弹跳速度与表面能转化率随半径比先增大后减小,在半径比为1时达到峰值,二者表面能转化率最大值为27.87%和30.66%。槽宽恒定时,凹槽结构强化液滴合并弹跳存在最佳凹槽宽高比和最优弹跳半径,V型槽提升液滴弹跳效率比矩形槽高约12%。结论 合并后液滴撞击V型槽侧壁的反作用力使液滴旁瓣较矩形槽更早受到侧壁面抑制而发生回流,从而提升了其能量转化效率,减少了液滴的振荡损失与黏性耗散。研究结果在设计高效的自清洁功能表面、提高冷凝表面换热效率、预防和抑制换热器表面结冰、成霜等工业领域有重要的应用意义。
关键词
凹槽结构
超疏水表面
液
滴
合并
液滴弹跳强化
有限元方法模拟
Keywords
fluted structure
superhydrophobic surfaces
droplet merging
droplet bounce enhancement
finite element method simulation
分类号
TB34 [一般工业技术—材料科学与工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
V型槽棱角对液滴弹跳强化机理的研究
路敦强
张涵莅
杨永
赵美蓉
郑叶龙
《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021
1
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
凹槽结构强化液滴合并弹跳的数值研究
吴卫民
郑佳宜
王芳
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
1
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职称材料
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