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相似文献
 共查询到19条相似文献,搜索用时 296 毫秒
1.
本文建立了粗糙固体表面上液滴铺展过程的理论模型并采用了格子Boltzmann方法进行数值模拟,研究了粗糙与光滑表面上液滴铺展过程的形貌变化。研究结果表明,无论表面光滑还是粗糙,液滴都沿着半径方向逐渐铺展,整体首先呈帽形,随着时间的推移,液滴在表面铺展成一平面。粗糙表面与光滑表面铺展特性间的差异主要在于粗糙表面液滴受到粗糙元干扰,其铺展形状随时间推移由圆形向八边形过渡.粗糙元间隙的增大导致液滴润湿半径增大,液滴厚度沿半径方向变化梯度降低。  相似文献   

2.
带凹槽的微通道中液滴运动数值模拟   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
张明焜  陈硕  尚智 《物理学报》2012,61(3):34701-034701
运用改进的耗散粒子动力学方法模拟了液滴在由凹槽所构成的粗糙表面微通道内的运动行为.改进的耗散粒子动力学方法采用新近提出的一种短程排斥、长程吸引相互作用势能函数,从而可以模拟带有自由面的流体,如液滴等.模拟了新势能函数下液滴与固体壁面的静态接触角,并用2次多项式拟合了"接触角-awf/af"变化曲线.研究了液滴在带凹槽的微通道中运动时,微通道壁面浸润性、外场力、液滴温度对液滴流动特性的影响.研究表明壁面浸润性和外场力对液滴流动特性的影响较大,液滴温度对液滴流动特性的影响较小.研究结果对运用耗散粒子动力学方法模拟并分析微流体在复杂微通道的流动有一定的参考价值.  相似文献   

3.
徐威  兰忠  彭本利  温荣福  马学虎 《物理学报》2015,64(21):216801-216801
微小液滴在不同能量表面上的润湿状态对于准确预测非均相核化速率和揭示界面效应影响液滴增长微观机理具有重要意义. 通过分子动力学模拟, 研究了纳米级液滴在不同能量表面上的铺展过程和润湿形态. 结果表明, 固液界面自由能随固液作用强度增加而增加, 并呈现不同液滴铺展速率和润湿特性. 固液作用强度小于1.6的低能表面呈现疏水特征, 继续增强固液作用强度时表面变为亲水, 而固液作用强度大于3.5的高能表面上液体呈完全润湿特征. 受微尺度条件下非连续、非对称作用力影响, 微液滴气液界面存在明显波动, 呈现与宏观液滴不同的界面特征. 统计意义下, 微小液滴在不同能量表面上铺展后仍可以形成特定接触角, 该接触角随固液作用强度增加而线性减小, 模拟结果与经典润湿理论计算获得的结果呈现相似变化趋势. 模拟结果从分子尺度为核化理论中的毛细假设提供了理论支持, 揭示了液滴气液界面和接触角的波动现象, 为核化速率理论预测结果和实验测定结果之间的差异提供了定性解释.  相似文献   

4.
亲水性微观粗糙表面润湿状态转变性能研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
刘思思  张朝辉  何建国  周杰  尹恒洋 《物理学报》2013,62(20):206201-206201
以亲水性微观粗糙表面上不同几何形貌及分布的微柱阵列为对象, 讨论了液滴在亲水性粗糙表面上的润湿过程以及润湿状态的转变阶段. 从能量角度分别考察了微观粗糙结构几何形貌及分布、微柱几何参数、固体表面亲水性、接触角滞后作用等因素对液滴润湿状态转变的影响规律. 研究发现: 在亲水粗糙表面, 正方形微柱呈正六边形阵列分布时, 液滴更容易形成稳定的Cassie状态, 或者液滴仅发生Cassie状态向中间浸润状态的转变; 与此同时, 减小微柱间距、增大方柱宽度或圆柱直径、增大微柱高度、增强固体表面的亲水性将有利于液滴处于稳定的Cassie状态, 或阻止润湿状态向伪-Wenzel或Wenzel状态转变; 然而, 当液滴处于Cassie状态时, 较小的固-液界面面积分数或减弱固体表面亲水性能均有利于增大液滴的表观接触角, 因此在亲水表面设计粗糙结构时应综合考虑润湿状态稳定性和较大表观接触角两方面因素; 此外, 接触角滞后作用对于液滴状态的稳定性以及疏水性能的实现具有相反作用的影响. 研究结果为液滴在亲水表面获得稳定Cassie状态的粗糙结构设计方法提供了理论依据. 关键词: 亲水表面 微观粗糙结构 表面自由能 润湿状态转变  相似文献   

5.
周楠  陈硕 《物理学报》2014,63(8):84701-084701
利用多体耗散粒子动力学(MDPD)方法对介观尺度下液滴动力学进行了模拟分析,探讨了MDPD系统中液气共存界面的形成,并对表面张力进行了模拟研究,研究结果表明,MDPD方法形成的液气共存界面满足Laplace定律,通过改变不同的粒子间保守力作用参数,获得了液滴在固体壁面上不同的接触角,并研究了保守力作用参数与接触角之间的变化规律,进一步模拟了液滴在复杂微通道内的流动,研究结果有助于解释带自由面流体在粗糙表面上的运动行为。  相似文献   

6.
振荡液滴内部流态   总被引:1,自引:0,他引:1  
在外界来流作用下,液滴在固体表面上呈现周期性振荡特性.利用数值方法模拟平板上二维液滴在气流剪切作用下的界面及内部流动特性,重构二维液滴内部流场,着重认识液滴内部速度分布和压力分布.  相似文献   

7.
为了研究不同冷壁面特性上液滴的结晶过程以及凝固速率的规律,利用通过加入对流换热和辐射换热项,使用固相体积分数修正流场的改进的焓-LB方法,使得模型模拟的结果更加精确.分析了液滴在6种不同的壁面特性下,凝固过程平均固相体积分数随时间的变化.分析了凝固后接触角及接触面积与半径的比值随亲疏水性不同的变化.结果表明:壁面的亲水性越好,液滴凝固成核后与壁面的接触角越小,接触面积与半径之间的比值越大;反之,壁面的疏水性越好,液滴凝固成核后与壁面的接触角越大,接触面积与半径之间的比值越小.在超疏水表面存在粗糙元间距较大时,凝固速率最慢,且与粗糙元的接触面积较小,有利于抑霜除霜.  相似文献   

8.
流体液滴在固体表面的浸润性对其润滑性能至关重要.本文利用分子动力学方法研究了正癸烷纳米液滴在铜表面上的润湿特性.结果表明:在平坦光滑表面上,壁面的厚度和分子数目对润湿效果影响不大.随着壁面能量势阱参数εs 增大,接触角线性减小.随着温度升高,液滴的接触角减小.在沟槽粗糙表面上,随着粗糙度因子增大,对于疏液表面,接触角增大到一定值后基本保持不变,符合Cassie理论;中性和亲液表面接触角则会减小,为Wenzel润湿模式.当表面分数增大时,疏液与亲液表面接触角整体呈减小的趋势,对中性表面影响不大.当温度升高时,粗糙疏液表面接触角会增大,润湿效果更差,而粗糙中性和亲液表面液滴润湿性会更好.  相似文献   

9.
液滴撞击固体表面是一种广泛存在于工农业生产中的现象.随着微纳技术的发展,纳米液滴撞击行为的定量描述有待完善.采用分子动力学模拟纳米水滴撞击柱状粗糙铜固体表面的动态行为.分别在液滴速度为2—15?/ps,五种方柱高度和六种固体表面特征能的情况下分析液滴的动态特征.结果表明,随着液滴初始速度V_0的增加,其最终稳定状态先由Cassie态(V_0=2—3?/ps)转变为Wenzel态(V_0=4—10?/ps),然后再次呈现Cassie态(V_0=11—13?/ps).当V_0 13?/ps时,液滴发生弹跳.液滴最大铺展时间t_(max)与V_0关系曲线中存在拐点,并针对不同速度区域提出t_(max)与V_0的关系式.随着方柱高度的增加,液滴的稳定状态由Wenzel向Cassie态转变,液滴稳定状态的铺展半径逐渐减小.固体表面特征能e_s的增大使得液滴的铺展能力增强,液滴铺展后的回缩现象逐渐减弱直至消失.  相似文献   

10.
近年来,有很多关于液滴在不同结构表面上的润湿过程的微观尺度研究,但是在结构表面上的凝结过程研究却很少。本文使用分子动力学模拟了水滴的动态润湿过程和水蒸气在具有不同结构参数的硅表面上的凝结过程。结果表明,不论是光滑表面还是具有纳米结构的表面,液滴在表面上最终都会呈现出球缺形状态。除此之外,气态水分子在结构间隙小的表面上倾向于在结构顶部聚集,而在结构间隙大的表面上倾向于在结构底部聚集。  相似文献   

11.
稳定超疏水性表面的理论进展   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
王奔  念敬妍  铁璐  张亚斌  郭志光 《物理学报》2013,62(14):146801-146801
自然界中很多动植物都具有稳定的超疏水性, 它们既拥有高接触角, 又拥有低滚动角, 且能长期稳定存在.通过对它们的研究, 发现表面的润湿性与表面的化学成分、表面的几何形貌有关, 并且表面几何结构的影响更为显著, 甚至可以实现由亲水性表面向超疏水转变. 虽然目前在这个领域已经有大量的实验验证了表面粗糙结构的重要作用, 但是对于表面微纳米结构对表面疏水性机理的理论研究还并不完善. 本文详细介绍了超疏水表面的基本理论及其适用性、 接触角滞后现象, 分别从经典理论和能量的观点探讨了润湿状态转化发生的条件, 重点介绍了通过仿生理念对表面几何形貌的优化设计, 包括单尺度和多尺度表面结构对于设计稳定超疏水表面的作用. 最后, 对超疏水理论的不足和未来发展进行了展望. 关键词: 超疏水 仿生 接触角 滞后  相似文献   

12.
液滴在梯度微结构表面上的铺展动力学分析   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
林林  袁儒强  张欣欣  王晓东 《物理学报》2015,64(15):154705-154705
本文通过改变肋柱宽度和间距, 构造了二级和多级梯度微结构表面, 采用格子-Boltzmann方法对液滴在两种梯度表面上的铺展过程进行了研究, 探析液滴运动的机理和调控方法. 结果表明, 在改变肋柱间距的二级梯度表面上, 当液滴处于Cassie态时, 接触角滞后大小与粗糙度梯度成正比关系; 当液滴从Cassie态转换为Wenzel态或介于两者之间的不稳定态时, 这一正比关系不再遵循. 在改变肋柱宽度的二级梯度表面上, 接触角滞后大小与粗糙度梯度始终成正比关系. 在多级梯度表面上, 随液滴初始半径增大, 接触角滞后减小, 但液滴平衡位置相较于初始位置偏离增大. 对梯度微结构表面上液滴运动和接触角滞后的定量分析, 可为实现梯度微结构表面液滴运动调控提供理论依据.  相似文献   

13.
Hierarchical micrometer-nanometer-scale binary rough structures were fabricated on copper substrates by electrochemical machining in a neutral NaCl electrolyte. The rough structures are composed of the micrometer scale potato-like structures and the nanometer scale cube-like structures. After modified by the fluoroalkylsilane, the copper surfaces reached superhydrophobicity with a water contact angle of 164.3° and a water tilting angle less than 9°. This method has a high processing efficiency which can take just 3 s to fabricate the roughness required by the superhydrophobic surface. The effect of the processing time on wettability of the copper surfaces was investigated in this paper. The possible mechanism of the formation of the hierarchical roughness was also proposed, and the wettability of the copper surfaces was discussed on the basis of the Cassie-Baxter theory.  相似文献   

14.
Barrier dielectric is an important part of atmospheric pressure dielectric barrier discharge (AP-DBD), which partly affects discharge characteristics. Conversely, discharge plasma also has influence on dielectric surface properties. To investigate this influence, some experiments were carried out on a home-built AP-DBD system with glass plate as barrier dielectric. Surface wettability was evaluated by water contact angles on a drop shape analysis system. The morphologies and chemical compositions of the glass sample surfaces were observed by field-emission scanning electron microscope (FESEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) attached to FESEM. The results show that water contact angles decrease as discharge energy increases, micro-discharge etching zones are formed into glass surface and different from the control glass in surface micro-structure and chemical compositions.  相似文献   

15.
Jian Li 《Applied Surface Science》2006,252(6):2229-2234
A super-hydrophobic surface was obtained on a three-dimensional (3D) polyvinylidene fluoride (PVDF) macroporous film. The porous films were fabricated through self-assembled silica colloidal templates. The apparent water contact angle of the surface can be tuned from 106° to 153° through altering the sintering temperature and the diameter of the colloidal templates. A composite structure of micro-cavities and nanoholes on the PVDF surface was responsible for the super-hydrophobicity. The wettability of the porous surfaces was described by the use of the Cassie-Baxter model and Wenzel's equation.  相似文献   

16.
ZnO is an important material that is used in a variety of technologies including optical devices, sensors, and other microsystems. In many of these technologies, wettability is of great concern because of its implications in numerous surface related interactions. In this work, the effects of surface morphology and surface energy on the wetting characteristics of ZnO were investigated. ZnO specimens were prepared in both smooth film and nanowire structure in order to investigate the effects of surface morphology. Also, a hydrophobic octadecyltrichlorosilane (OTS) coating was used to chemically modify the surface energy of the ZnO surface. Wettability of the surfaces was assessed by measuring the water contact angle. The results showed that the water contact angle varied significantly with surface morphology as well as surface energy. OTS coated ZnO nanowire specimen had the highest contact angle of 150°, which corresponded to a superhydrophobic surface. This was a drastic difference from the contact angle of 87° obtained for the smooth ZnO film specimen. In addition to the initial contact angle, the evolution of the water droplet with respect to time was investigated. The wetting state of water droplet was analyzed with both Wenzel and Cassie-Baxter models. Spontaneous and gradual spreading, together with evaporation phenomenon contributed to the changing shape, and hence the varying contact angle, of the water droplet over time.  相似文献   

17.
纳米粒子构建表面的超疏水性能实验研究   总被引:3,自引:0,他引:3       下载免费PDF全文
采用疏水纳米粉体压片法和岩心吸附法构建了具有微纳米结构的表面,测试了这些表面的接触角,拍摄了水滴在吸附纳米粒子的岩石表面的滚动过程照片,采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)检测了表面的微结构.实验结果表明:无机纳米粒子经弱疏水性材料修饰后,其表面润湿性由强亲水变为强疏水;疏水纳米粒子吸附表面的接触角均大于120°,滚动角约7°,显示出超疏水特性;SEM照片显示,这些超疏水表面是具有不规则微纳米结构的气固复合面,符合Cassie-Baxter的复合表面模型. 关键词: 超疏水 纳米粒子 微纳米结构表面 接触角  相似文献   

18.
Low-pressure plasma treatments in an radio frequency (RF) discharge of air have been used on the surface of wood to stimulate polar function groups onto pine and beach surfaces to enhance the wettability and activation. The effects of plasma treatments on the morphology and wettability of surfaces were characterized by using static contact angle measurements, attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. A clear increase in the surface energy of the wood surface due to air plasma treatment was observed. The surfaces became highly hydrophilic when woods were exposed for 5 s or longer to the plasma discharge. The wettability of wood surface can be improved when oxygen functionalities were generated, which can be achieved directly in O-containing plasma or via post plasma reaction. A small reduction in the surface energy of the treated wood after 12 days of aging showed that the plasma-induced cross-linking in the surface of the wood was not the dominant phenomenon.  相似文献   

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