超疏水流体减阻表面

第一节 表面滑移与减阻
第一节 表面滑移与减阻
表面流体滑 移减阻研究
第一节 表面滑移与减阻
第一节 表面滑移与减阻
Байду номын сангаас
第一节 表面滑移与减阻
第一节 表面滑移与减阻
第一节 表面滑移与减阻
2
1.5
(q'-q)/q
1
0.5
0
0
0.5
1
1.5
2
b/H
从流量上考虑,滑移长度需要达到器件尺度才能引起可 观的流体效应.
第四节 超疏水表面减阻测试
4.1 流量压强差测试
4.1 流量压强差测试
4.2 粒子测速
第一，测量系统对壁面的定位精度； 第二，测量系统对纳米粒子的定位精度。颗粒直径大 于滑移长度的值
4.3 液滴滚落测试
4.4 力曲线测试
4.5 流变仪测试
总结
➢介绍了表面滑移与减阻的概念以及它们之间的关系; ➢介绍了超疏水表面减阻原理，通过实例直观说明了 减阻现象; ➢介绍了超疏水表面减阻的影响因素，包括表面结构、 流体黏度、液体压强等影响; ➢介绍了表面减阻效果的测量方法
第二节 超疏水表面减阻原理
➢复合界面的存在; ➢液体受到气体的阻力作用小
流体速度分布
流体速度分布
压强差随流动率的变化
Cassie状态存在条件
第三节 超疏水表面减阻影响因素
3.1 几何影响关系 //流体阻力和摩擦力表示 //Navier滑移
//理想超疏水表面
//72年Philips的 结果
[5] Choongyeop Lee, Chang-Hwan Choi, Chang-Jin ‘‘CJ’’ Kim. Structured Surfaces for a Giant Liquid Slip. PRL 101, 064501 (2008).
内容提要:
➢表面滑移与减阻; ➢超疏水表面减阻原理; ➢超疏水表面减阻的影响因素; ➢超疏水表面减阻效果的测量
第四讲 超疏水流体减阻表面
参考资料：
[1] Christophe Ybert, Catherine Barentin, Cécile Cottin-Bizonne, Pierre Joseph, Lydéric Bocquet. Achieving large slip with superhydrophobic surfaces: Scaling laws for generic geometries. PHYSICS OF FLUIDS 19, 123601 (2007).
其中 为气体 面积尺度
//疏水性较差的情况
3.2 液体黏度影响
//流体Stokes方程
单根柱单位长度 受到的力作用
*柱阵列结构摩擦系数的计算公式，参考A. S. Sangani, A.
Acrivos. Int. J. Multiphase Flow 8, 343 (1982).
3.3 压强影响
//sin θ θ
Choi等人通过对光栅结构超疏水表面进行流体减阻实 验测试,测试的表面如下图所示,他们将测试结果与 Philips的理论分析进行了比较,取得了很好的一致性.
方柱表面关系验证
理论预测结果 与数值计算结 果的比较
考虑到固体表面上流体的滑移情况,滑移长度可表示为:
此时考察
流体速度为
[2] Eric Lauga, Howard A. Stone. Effective slip in pressure-driven Stokes flow. J. Fluid Mech. (2003), vol. 489, pp. 55–77.
[3] Jonathan P. Rothstein. Slip on Superhydrophobic Surfaces. Annu.
Rev. Fluid Mech. 2010. 42:89–109.
[4] P. Joseph, C. Cottin-Bizonne, J.-M. Benoˆt, C. Ybert, C. Journet, P. Tabeling, L. Bocquet. Slippage of Water Past Superhydrophobic Carbon Nanotube Forests in Microchannels. PRL 97, 156104 (2006).