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题名锥形微通道内液滴自输运特性及力学驱动机制研究
被引量：2
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作者
逄明华
刘焜
刘小君
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机构
合肥工业大学摩擦学研究所
河南科技学院机电学院
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出处
《应用数学和力学》
CSCD
北大核心
2017年第3期284-294,共11页
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基金
国家自然科学基金(51375132)~~
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文摘
针对液体在微通道内的自输运特性,采用数值仿真与能量解析相结合的方法研究了液滴在锥形微通道内的自输运特性及力学驱动机制,得到微通道的锥形角、液滴与微通道内壁的接触角及微通道的润湿性对液滴自输运特性的影响关系.分析表明,微通道的锥形角、液滴与微通道内壁的接触角均能影响液滴的自输运方向及驱动力大小.对于亲水性微通道,微通道的锥形角、液滴与微通道内壁的接触角其作用效果呈现整体形态;对于疏水性微通道,微通道的锥形角、液滴与微通道内壁的接触角其作用效果呈现局域形态.这可为研究液体在微通道内的自输运机理及界面内液体细观流动机制奠定理论基础.
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关键词
锥形微通道
自输运特性
接触角
润湿性
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Keywords
conical microchannel
directional motion
contact angle
wetting property
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分类号
TB17
[生物学—生物工程]
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题名复合梯度楔形表面上液滴自输运特性的数值研究
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作者
高芳
郑佳宜
李准
余延顺
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机构
南京理工大学电子设备热控制工信部重点实验室
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出处
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第11期405-411,422,共8页
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基金
国家自然科学基金项目(51706101)。
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文摘
目的提高表面液滴的自输运速率。方法在表面引入润湿梯度和楔形形状,基于VOF模型(流体体积模型)对表面液滴运动进行数值研究,并建立一种适用于润湿梯度和楔形图案联合的模型,分析润湿梯度和楔形角度对液滴位移的影响。结果润湿梯度越大,液滴受不平衡的表面张力越大,液滴移动速度越快。润湿梯度为15(°)/mm表面上液滴的平均速度比10、5(°)/mm润湿梯度的表面分别快42.3%和130%。楔角越大,加速阶段的液滴移动速度越快,但会越早失去驱动力而停止移动,而楔角越小,液滴移动位移越大。液滴在40°楔角表面最先停止运动,在20°楔角表面位移比30°和40°楔角表面分别远10.3%和32.3%。联合润湿梯度和楔形图案后,15(°)/mm表面上的液滴在20°、30°、40°和20°楔角表面上的液滴在15、10(°)/mm下均能运动到计算模型出口,且15(°)/mm、40°楔角表面液滴的平均速度达到292 mm/s,比单一梯度表面增长37.7%,比单一楔形图案表面(20°)增长175.5%。结论通过调节润湿梯度和楔形角度,可有效控制液滴移动速度。联合润湿梯度和楔形图案的复合梯度楔形表面能同时减小润湿性范围瓶颈和楔形形状制约,提高表面液滴的移动速度和距离。研究结果将有助于设计高效的液滴输运功能表面,并可将其扩展到冷凝装置、微流体装置和药物检测等领域。
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关键词
润湿梯度
界面张力
楔形
自输运
两相流
数值模拟
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Keywords
wettability gradient
interfacial tension
wedge-shape
self-transport
two-phase flow
numerical simulation
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分类号
TQ022.1
[化学工程]
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题名斜锥表面液滴的定向流动特性
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作者
张国涛
马亮亮
童宝宏
梁方玲
王孝义
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机构
安徽工业大学机械工程学院
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出处
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第12期428-439,共12页
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基金
国家自然科学基金(52005005,51975005)
特殊服役环境的智能装备制造国际科技合作基地开放基金(ISTC2021KF06,ISTC2022KF02)。
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文摘
目的研究液滴在斜锥表面的定向流动特性,揭示液滴在斜锥表面的定向输运机理。方法以斜锥表面液滴运动行为为研究对象,通过数值模拟技术提取液滴动力学参数,探讨不同斜锥结构参数对液滴自输运行为的影响。结果液体内部速度的不均匀分布导致液滴内部产生速度涡旋,在泰勒毛细升力的作用下,斜锥间隙产生了涡量较大的速度主涡旋,液滴内部产生了涡量较小的速度次涡旋。在液滴定向输运过程中,2种涡旋的旋转方向与液滴的输运方向保持一致。液滴自输运过程伴随着表面能、动能的相互转化。在铺展收缩阶段,液滴的形变量较大,固–液接触面积和液滴的表面能先增大再减小,液滴运动速度却先减小再增大。在稳定输运阶段,液滴的表面能和速度基本保持不变。泰勒毛细升力和斜锥间隙中的不平衡毛细力驱使液体不断填充斜锥间隙。液滴在斜锥表面受到不平衡的钉扎阻力,使得液滴左侧更易脱钉,保证整个液滴向右无损输运。结论可为揭示液滴在斜锥表面的流动特性和自输运机理提供理论支持,指导研制以斜锥结构为仿生原型的机械功能表面。
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关键词
斜锥表面
液滴自输运
表面能
不平衡毛细力
泰勒毛细升
钉扎力
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Keywords
inclined cone surface
droplet self-transport
surface energy
unbalanced capillary force
Taylor capillary
pinning force
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分类号
O359
[理学—流体力学]
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