莱顿弗罗斯特效应及其在水性压铸脱模剂中的应用
脱模剂的研究及应用
脱模剂的研究及应用作者：陆艳红陈哲来源：《硅谷》2009年第20期[摘要］利用模具进行材料成型的一个主要问题是制品脱模时通常会粘住模具。
由此带来的问题是在成型过程中，制品粘住模具表面后，形成模具“结垢”并破坏模具，制品本身的质量也受到重大影响，因此对脱模剂的研究显得尤为重要。
分析脱模剂的成分及其使用，具体阐述压铸用水性脱模剂的性能要求及对压铸件成型质量的影响。
[关键词]脱模剂性能压铸金属成型中图分类号：TG7文献标识码：A文章编号：1671—7597(2009)1020148－02一、脱模剂的作用在设计和制造任何预成型部件，如金属、橡胶、塑料或复合材料，模具脱模剂都是必不可少的。
脱模剂作为一种涂料使基体表面具有非常低的表面能。
当应用于制造特殊部件模具的基体材料上时。
这些脱模剂形成微米级厚度、热稳定的膜层，它和模具表面形成化学连接，可以让成型部件快速轻易脱落。
好的脱模剂能产生复合、无垢的脱模效果，因而降低生产成本，减少因清理模具和修补表面缺陷所耗费的时间。
当采用新的模具材料和树脂系统组合开发零部件时，选择正确的脱模剂是其重要的环节。
选择正确的脱模剂将减少制造周期，保证成型部件表面质量的一致性，可最大限度地避免在上漆或粘接之前所需的后处理工艺(抛光)。
脱模剂不能含有任何影响最后产品品质或者成型后处理效果的成分。
成型部件必须能顺利干净的脱模，固化前则不会脱模。
脱模产品针对所采用的生产工艺还必须具备成本效益。
脱模剂令人满意的特性包括以下几点：(1)简单的应用步骤； (2)短暂的干燥时间： (3)模具上无残留； (4)不转移到成型部件； (5)耐高温； (6)多种脱模性； (7)极少量气味； (8)环保、健康和安全标准正越来越支持在生产过程中使用无溶剂(水基)脱模技术。
二、脱模剂的分类传统的脱模剂一般为外用型，即涂敷在模腔表面，习惯上也有称作隔离剂的。
脱模剂涂在型腔表面，目的是方便脱模，外用脱模剂可以分为无机、有机及聚合物三类。
脱模剂的应用
脱模剂的应用1 水基脱模剂的特点采用精制油和多种添加剂经乳化制成的水基脱模剂,其主要成分特征如表1所示。
表1 压铸用水基脱模剂的主要成分特征优质脱模剂大多由15～25种原料配制而成,其中关键的成分或添加剂若改变1%,其脱模特性就可能有很大的差别,对成本及价格也会带来较大的变动。
每一种型号的脱模剂都有其最佳适用范围和对象,如果用错了对象,再优质的产品也无法发挥其效能。
优质的脱模剂不仅可以在高温下起到润滑作用,同时可避免金属液对型腔表面的冲刷作用,改善模具的工作条件,可防止粘模,降低模具的导热率和模温,调节模具各部分的温度达到相对稳定,从而改善成型性,所形成的薄膜可以减少铸件与模具型腔特别是型芯之间的摩擦与磨损,延长模具的寿命。
2 脱模剂的选用与压铸质量的关系水基脱模剂其成分及含量的差异,其有效成分开始粘着到模具表面上的初始温度即粘润温度各不相同,也就是说真正形成有效薄膜的起始温度不同。
实践表明:脱模剂的型号、浓度、模温、喷涂方法和数量等直接影响压铸质量,具体表现如下。
①雾化不好或分散不均匀,则汽化时间延长,充型后形成高的蒸气压造成膜疏松。
)②皮膜过厚,膜形成慢,溶液有流痕,导致卷气和表面皱纹沉积。
③皮膜过薄,油膜局部破裂,导致脱模不好、咬住、有痕迹。
④模具温度和脱模剂粘着模具的粘润温度不协调,粘润温度高的脱模剂,模温低就不易粘着,皮膜形成慢。
⑤水溶性脱模剂有效粘着量仅几分之一,若模温过高,大部分有效成分被蒸气膜现象飞散(蒸气膜现象是指开始喷射的脱模剂粒子到达模具表面形成的蒸气层将后续粒子反弹的现象) 。
⑥选用以石蜡为主体的产品,虽价廉但会向模具沉积并可能堵塞喷头。
⑦选用天然油脂调合率高的产品,使氧化稳定性差,模具易发粘。
⑧选用廉价脱膜剂,易产生气泡,受活性剂和脂肪酸类添加剂影响,对模具及工作台有腐蚀作用。
⑨选用含硅油成分的脱模剂,适宜中大厚壁件,但因硅油种类、配方不同,往往在后加工处理中(如表面涂装等)出现问题。
气化驱动的液滴在湿润性表面上的仿真研究
第38卷第5期计算机仿真2021年5月文章编号：1006 - 9348(2021 )05 - 0239 - 07气化驱动的液滴在湿润性表面上的仿真研究薛超1’2,卢艳1’2(1.武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室，湖北武汉430081;2.武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室，湖北武汉430081)摘要:为了研究液滴在高温锯齿形表面时各参数对液滴摩擦学性能的影响，运用了计算流体力学研究了表面润湿性对蒸发驱动的Leidenforst液滴自推进运动的影响。
结果表明，三线接触角对液滴的悬浮和运动特性有很大的影响。
表面微结构参数H/W有助于控制液滴表面的润湿性，从而提高液滴的运动速度。
数值模拟结果表明，高宽比H/W =7/12时的超疏水表面具有快速运动特性。
研究了温度和液滴直径等各种参数的影响，对液滴的蒸发驱动机理有了深入的认识。
关键词：液滴;微织构；自行走；湿润性中图分类号:T P391.9文献标识码：BSimulation Study of Drag Reduction of Vaporization - DrivingDroplet on the Wettability SurfaceXUE Chao'*2,LU Yan1*2(1. Key L a b o r a t o r y o f M e t a l l u r g i c a l Equipment and C o n t r o l Technology,Wuhan U n i v e r s i t y o f S c i e n c e an d Technology；Wuhan Hubei430081 ,China；2. Key L a b o r a t o r y o f M e c h a n i c a l T r a n s m i s s i o n and M a n u f a c t u r i n g E n g i n e e r i n g,Wuhan U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Technology；Wuhan Hubei430081 ,China)A B S T R A C T：I n o r d e r t o s t u d y t h e i n f l u e n c e o f v a r i o u s p a r a m e t e r s on t h e t r i b o l o g i c a l p r o p e r t i e s o f d r o p l e t s a t h i g ht e m p e r a t u r e z i g z a g s u r f a c e,t h e e f f e c t s o f s u r f a c e w e t t a b i l i t y o n t h e s e l f- p r o p u l s i o n m o t i o n o f e v a p o r a t i o n - d r i v e n L e i d e n f o r s t d r o p l e t s w e r e s t u d i e d b y e x e r t i n g c o m p u t a t i o n a l f l u i d dynamics.D r o p l e t s l e v i t a t e and m o t i o n c h a r a c t e r i st i c s seem t o be s e v e r e l y a f f e c t e d b y t h e t r i p l e- l i n e c o n t a c t a n g l e a t l e i d e n f r o s t t e m p e r a t u r e s.The s t u d y r e p o r t s t h a t t h e m i c r o- s t r u c t u r e p a r a m e t e r a s p e c t r a t i o H/W h e l p s t o c o n t r o l t h e s u r f a c e w e t t a b i l i t y which may c o n t r i b u t e i nc r e a s e t h ed r o p le t moving v e l o c i t y a t l e i d e nf r o s t t e m p e r a t u r e.As ex pe ct ed,t h e s i m u l a t i o n s r e v e a l e t h a t t h e d r ag r ed u c t i o n fe a t u r e i s i m p r o v e d t h r o u g h t h e h y d r o p h o b i c s u rf a c e w i t h a s p e c t r a t i o H/W = 7/12 a t l e i d e n f r o s t t e m p e r at u r e s.F u r t he rm or e,t h e e f f e c t s o f v a r i o u s p a r a m e t e r s i n c l u d i n g t e m p e r a t u r e and r a d i u s o f d r o p l e t w e r e a l s o s t u d i e d.The r e s e a r c h o f f e r s deep i n s i g h t i n t o t h e d r a g r e d u c t i o n mechanism b y v a p o r i z a t i o n- d r i v i n g f o r c e.K E Y W O R D S：D r o p l e t；M i c r o- t e x t u r e d；S e l f- p r o p e l l e d；W e t t a b i l i t y；Dr ag r e d u c t i o ni引言微流体系统通过提高液滴的移动性在化学、生物学、工 程和医学领域引起了广泛的关注m。
莱顿弗罗斯特效应应用实例
莱顿弗罗斯特效应应用实例2篇莱顿弗罗斯特效应（Leidenfrost effect）是一种常见的物理现象，当液体与高温之间接触时，形成一个薄膜，减缓液体的汽化速度。
这种效应在许多领域中都有广泛的应用。
本文将介绍两个关于莱顿弗罗斯特效应的应用实例。
应用实例一：防火服材料改进莱顿弗罗斯特效应在改进防火服材料方面具有重要的应用。
传统的防火服材料通常采用耐高温材料，但当这些材料接触到高温时，会迅速失去其防火性能，因为液体蒸发的速度太快，无法形成足够厚的保护层。
通过利用莱顿弗罗斯特效应，科学家们发现可以改变液体与高温表面的接触方式，使得液体能够更好地保持在表面上。
他们研发出一种特殊的涂层，材料本身具有一定的疏水性能，能够减慢液体的汽化速度。
当液体喷洒在防火服材料上时，液体会快速蒸发，并在表面形成一个薄膜，减缓进一步汽化的速度，为人体提供更长时间的防护。
这种改进后的防火服材料不仅具有更好的耐高温性能，还能有效降低烧伤的风险。
在一些特殊行业，如消防员、冶金工人等，这种改进后的防火服材料已经得到了广泛应用，并取得了显著的效果。
应用实例二：水滴操控技术莱顿弗罗斯特效应在微流控领域中有重要的应用，尤其是在水滴操控技术中。
通过精确控制液体和高温表面之间的接触方式，科学家们可以将莱顿弗罗斯特效应应用于微流控系统，实现对水滴的精确操控。
在微流控系统中，利用莱顿弗罗斯特效应，可以将液体分成非常小的微小水滴，并将其操控到特定位置。
这种技术广泛应用于生物医学领域的细胞分析和药物传递等方面。
通过精确操控水滴的大小和位置，科学家们可以实现对细胞的快速检测和药物的精确给药，提高了生物医学研究和临床诊疗的效率。
此外，水滴操控技术还广泛用于微电子领域中的微芯片加工和微器件制造等方面。
通过利用莱顿弗罗斯特效应，可以精确地控制液体在微通道中的流动，实现对微芯片的精准加工和微器件的精确制造。
这种技术的应用不仅提高了微电子产品的制造效率，更为微型电子技术的发展提供了新的思路和方法。
脱模剂与模温的关系
脱模剂与模温的关系在压铸生产过程中，脱模剂一直是作为模具冷却的重要手段。
喷涂水基脱模剂时，压缩空气夹带着脱模剂涂敷模具表面的同时，受到高温模具表面对他们的加热，甚至使脱模剂中的水分在尚未接触模具表面时就已经气化，而且随着与模具表面接触时间的不同，水基脱模剂被加热的温度也不同，模具被水基脱模剂冷却的程度也不一样。
压铸生产过程中喷涂脱模剂时模具表面的温度变化。
在一个铝合金压铸循环里，压射前模具表面的温度因强制冷却最低可达到205℃左右，但由于热传导的时滞现象和模温控制系统的作用，充型前模具表面温度大约有近50-100℃的反弹，即达到250-300ºC左右。
从铝合金压铸成型凝固工艺的要求来看，一般最佳模温应该是铝合金充型温度的40%左右，因此我们在设计脱模剂化学成分时，一般选取的最佳适用模温范围就在250-300ºC之间。
例如日本樱井最新推出的脱模剂MK-TD，只要使用者能保持模温稳定在250-300ºC，其脱模效果好，铸件表面非常光亮，模具不积碳，更不会粘模，模具使用寿命提高。
深受压铸工作者的欢迎。
但是我们从压铸厂的信息反馈中也发现，有些压铸厂模具温度在300-350ºC，甚至更高。
他们同样使用脱模剂，却不理想，还会出现模具积碳。
显然他们必需使用能适应更高温度的脱模剂，也就是说必须是适合的才是最好的。
后来改用适宜模温在280-350ºC的MK-TD1 效果明显好转。
根据北美压铸协会公布的资料：对于模温的控制，依据喷涂方法的不同，模具内部冷却效果约占50-80%。
用自动喷涂，可带走大约40%以上的热量，用手工喷涂，只能带走大约15%的热量，操作习惯不同还有一定的出入，有85%的热量要靠内部冷却和对流。
可见，不同的压机，不同的模具结构，不同的模温控制方式，导致不同的模温，其相差可能达到121ºC以上。
因此不能千篇一律，即便是同一台压铸机新模具与老模具由于模温不同，对脱模剂的要求和使用效果也不同。
液体的莱顿弗罗斯特效应及贝纳德对流试验研究
液体的莱顿弗罗斯特效应及贝纳德对流试验研究赵明伟;阎宇航;邓爽;朱世秋【摘要】This paper introduces the experimental work being awarded the first prize in the Physical Experimental Competition in November 2015 among Beijing College students.The Leidenfrost effect of NaC1 solution is studied through equipments installed by authors.Leidenfrost points are measured to be proportional to the solution concentrations.If the surface is dirty with the left solid NaC1 or dust,the Leidenfrost phenomena will not happen even the temperatures of surface are higher than Leidenfrost points,which indicates that the rough degree of heating plate surface greatly influences the Leidenfrost effect.When the heating plate surface is smooth,we find that the droplet size has no effect on the Leidenfrost effect.The Bernard convection phenomena are showed through the simply equipped devices too.We replace the NaC1 solution by the silicon oil and drop the oil to the surface of heating plate.The Bernard convection phenomenon is observed when the thickness of silicon oil layer reaches a certain value and the temperature difference between its upper and lower surfaces reaches a critical value.As soon as the Bernard convection phenomenon occurs,thickness of silicon oil layer and the temperature difference between its upper and lower surfaces are measured.The measured results coincide with the theoretical simulation given by reference.Through the process of designing and fulfilling of the experiments,students know two important experimental phenomena ofliquid,that is,Leidenfrost effect and Bernard convection.Their interests to science are inspired.Their abilities of thinking and practicing are promoted.Innovative experimental teaching plays an important role in training students' scientific literacy.%本文介绍了作者于2015年11月在北京市大学生物理实验竞赛中获得一等奖的实验工作.通过自行设计的实验装置,演示了溶液的莱顿弗罗斯特现象,测量了溶液莱顿弗罗斯特点及其随溶液浓度的变化.当加热板表面有污渍,变得粗糙时,同样的溶液滴到表面,即使温度升高到莱顿弗罗斯特点之上,也不会产生莱顿弗罗斯特效应,说明加热板表面粗糙程度对溶液莱顿弗罗斯特效应有很大影响.当加热板表面光滑时,液滴体积的大小对莱顿弗罗斯特效应没有影响.还演示了连续介质的贝纳德对流现象,用二甲基硅油代替氯化钠溶液,滴到加热器皿里,当硅油层厚度达到一定值,上下表面的温差也达到一个临界值时,观察到贝纳德对流现象,测量了对流现象发生时硅油层的厚度及其上下表面温度差.通过设计并完成整个实验过程,学生系统地认识了液体的菜顿弗罗斯特效应及贝纳德对流,拓展了学生的视野,激发了学习兴趣,锻炼了学生的创新思维和动手能力.创新性实验教学在培养学生科学素养方面起着重要的作用.【期刊名称】《物理与工程》【年(卷),期】2017(027)002【总页数】5页(P42-46)【关键词】莱顿弗罗斯特点;溶液浓度;贝纳德对流;温度差;创新思维【作者】赵明伟;阎宇航;邓爽;朱世秋【作者单位】中国农业大学信息与电气工程学院,北京 100083;中国农业大学信息与电气工程学院,北京 100083;中国农业大学信息与电气工程学院,北京 100083;中国农业大学理学院,北京 100083【正文语种】中文在炽热表面发生的液体的莱顿弗罗斯特现象，最早由德国科学家约翰·戈特洛布·莱顿弗罗斯特在1756年发现, 距今虽然已有260年的历史,但对于非传热专业的学生，知道得并不多。
脱模剂在铝合金压铸中的应用与研究进展
脱模剂在铝合金压铸中的应用与研究进展发布时间：2021-05-06T13:15:22.513Z 来源：《中国科技信息》2021年6月作者：陈周张俊周彪[导读] 论述了脱模剂在压铸生产中的应用及研究进展情况，脱模剂是压铸生产中获得高质量压铸件的关键要素之一，将脱模剂涂覆在压铸模型腔和压室表面，使压铸件顺利的从模具中取出，并保证产品的完整性和后加工性。
随着压铸技术的进步和应用范围的不断扩大，对脱模剂的要求也越来越高。
广东鸿图武汉压铸有限公司陈周张俊周彪摘要：论述了脱模剂在压铸生产中的应用及研究进展情况，脱模剂是压铸生产中获得高质量压铸件的关键要素之一，将脱模剂涂覆在压铸模型腔和压室表面，使压铸件顺利的从模具中取出，并保证产品的完整性和后加工性。
随着压铸技术的进步和应用范围的不断扩大，对脱模剂的要求也越来越高。
从压铸生产初期使用的油基脱模剂到水基脱模剂、粉状脱模剂经历了几十年的发展，技术水平不断提高。
目前压铸生产中应用最多的是水基脱模剂，国产水基脱模剂多应用于中低端产品，而高端产品主要被国外品牌垄断。
关键词：脱模剂；铝合金；压铸；研究进展我国从20世纪40年代开始在工业上应用压力铸造技术，在50年代得到大量应用，这得益于压铸机的进步，当时从国外引进了各种压铸机，将压铸件大批量的应用于汽车、电工和仪表行业中，从此压铸工艺得到迅速发展，至20世纪80年代，我国的压铸技术已达到相当水平。
压铸件几乎涉及所有工业门类，随着应用范围的不断扩大，压铸件产量增长非常迅速，对压铸件形状的要求也日趋复杂。
而脱模剂是获得高质量压铸件的关键要素之一，为了能使压铸件顺利成型出模，压铸前将脱模剂涂覆在压铸机型腔和压室表面，使压铸件顺利的从模具中取出，并保证产品的完整性和后加工性。
1压铸脱模剂的分类与组成压铸脱模剂按其性能特点可分为油基、粉基和水基脱模剂。
从最初的油基脱模剂发展到水基脱模剂，再到粉状脱模剂经历了相当长的过程。
油基脱模剂的基本组成成分为油和石墨，润滑性好，能够满足当时的生产需要，但使用时烟雾大，污染环境，危害工人健康，同时也存在火灾方面的隐患，现在已逐渐被淘汰。
莱顿弗罗斯特效应及其在水性压铸脱模剂中的应用
莱顿弗罗斯特效应及其在水性压铸脱模剂中的应用定义莱顿弗罗斯特现象（Leidenfrost Phenomenon）是指液体不会润湿炙热的表面，而仅仅在其上形成一个蒸汽层的现象，由科学家莱顿弗罗斯特在1756年发现。
现象把水滴落在滚烫的铁板上，假如铁板的温度仅高于水的沸点（100°C），水会发出嘶嘶声并迅速沸腾。
但当铁板到达莱顿弗罗斯特点（Leidenfrost point）时，水便会产生莱顿弗罗斯特现象。
水珠会在铁板四处滚动，并缓慢地逐渐蒸发，反而令水珠可以存在更久。
在莱顿弗罗斯特现象下，水珠中跟铁板接触的部分会迅速沸腾形成水蒸气，与此同时水珠尚保持液体的状态，由于水蒸气的传热比液体水慢得多，蒸气层阻隔水直接接触滚烫铁板并大大降低水滴沸腾的速度。
水的莱顿弗罗斯特点会随着水中含有的杂质、滚烫物件的材质、水的温度等而改变，粗略量度下水在平底锅的莱顿弗罗斯特点为约193°C。
理论莱顿弗罗斯特点标示出了进行稳定之薄膜沸腾(film boiling)所需之最低温度，指的是在沸腾曲线上热流(heat flux)达最低之一点，同时，液体与热烫表面之接触面完全为蒸气层(vapor blanket)所覆盖，而此时从热烫表面向液体所进行之热传导是透过此蒸气层以传导(conduction)及辐射(radiation)的方式完成。
1756年，莱顿弗罗斯特观察到，当热烫表面上的小水滴四处跳动时，水滴的蒸发速度缓慢。
随着表面温度再度提高，热辐射的效应会变得比热传导更为显著，因此这时再提高温度，热流会上升。
一水平表面之热流最低点可由Zuber's equation推导而来其数值是由饱和温度所决定。
其中C为Zuber常数，于适当的压力之下大部分的液体C值约为0.09。
在水性压铸脱模剂中的应用不是所有的脱模剂都同样可以在热模具表面形成良好的均匀的膜。
脱模剂在热的模具表面润湿及铺展的能力取决于模具温度和脱模剂的成分。
金属压铸脱模剂原理
金属压铸脱模剂原理讲解了压铸脱模的原理以及压铸脱模剂中不同的蜡添加剂种类的功能。
金属压铸添加剂（金属压铸脱模剂）中蜡的不同功能1、高熔融粘度产生脱模作用由于蜡的高熔融粘附性，模具金属表面的蜡添加剂流速高于流动的液态氧化铝。
该流体流动界面层的稠度与离型膜的粘度成正比。
常用高密度聚乙烯蜡或改性聚丙烯蜡。
高密度聚乙烯蜡改性聚丙烯蜡推荐型号Ultralube产品蜡的类型熔点粘度E-1058 高密度聚乙烯120-125°C 1100 mPas/140°CE-846A 高密度聚乙烯138°C 1100 mPas (140°C)E-912 高密度聚乙烯146°C >8000 mPas (140°C)E-660 改性聚丙烯150°C 800 mPas (170°C)E-XP08060604 改性聚丙烯156°C 1100 mPas(170°C)2、化学结构产生的脱模/润滑作用一般用改性聚酯或聚酰胺蜡。
改性聚酯和金属表面相互作用改性聚酯蜡的极性酯基团和线性分子，使得它与金属表面有很好的附着力和亲和力。
这种附着力在金属加工时提供了离型/润滑效果。
推荐型号：D-840聚酰胺和金属表面相互作用由于氮的自由电子与模具金属表面电子相互作用，所以这种酰胺蜡的分子结构让它与金属表面有很好的附着力，这种附着力在金属加工时提供了离型/润滑效果。
推荐型号：E-7098不同蜡种类离型效果对比Ultralube® 产品蜡的类型离型效果E-7098 改性聚酯D-840 聚酰胺对金属表面的高亲和性产生离型效果D-8400 改性聚酯/ 聚酰胺E-912 高密度聚乙烯E-1058 高密度聚乙烯高熔融粘度产生离型效果E-846A 高密度聚乙烯E-660 改性聚丙烯E-XP08060604 改性聚丙烯高熔融粘度产生离型效果+ 对金属表面的高亲和性SE-112 改性聚二甲基硅氧烷可涂布离型剂金属脱模剂中高密度聚乙烯与初级聚乙烯的性能对比型号蜡的类型粘度固含熔点Ultralube® E-912 高密度聚乙烯>8000 mPas 140°C 35 146°C PE 02 初级聚乙烯无数据40 95°C残留率[%]型号200°C 300°C 400°C 500°C 600°CUltralube® 912 98 96 83 6 3,8PE02 98 97 86 3 2,8两种蜡都没有“莱顿弗罗斯特”现象型号蜡的类型粘度固含熔点pH值离子类型Ultralube® E-912 高密度聚乙烯>8000 mPas 140°C 35 146°C 9,5 非离子PE 02 初级聚乙烯无数据40 95°C 11 阴离子PE 03 初级聚乙烯无数据40 95°C 9 阴离子/非离子型号蜡的类型固含熔点pH值离子类型残留情况PE 34 初级聚乙烯+ 添加剂38 95°C 9 阴离子/非离子T XP -19021096 高密度聚乙烯+ 添加剂37 146°C/70°C 9 阴离子/非离子添加额外的助剂以避免模具中的残留物T XP-19021097 高密度聚乙烯+ 添加剂38 146°C 9 阴离子/非离子与PE34比较金属脱模剂中不同蜡种类使用后的残留物与稳定性对比模具上的残留问题在压铸过程中我们发现模具中不同空间位置的温度不同。
基于稳定气流法对莱氏现象的探究
基于稳定气流法对莱氏现象的探究吕承昊;吕钧霆;刘世元【摘要】本文利用稳定气流来模拟液滴下蒸汽层的方法,实现了莱顿弗罗斯特现象.对不同黏度的液滴,观察了其稳定状态、不规则振动、星形振荡和液滴的破裂(烟囱现象:指液体下方的气泡上涌,突破液滴的中心,导致液滴破碎的现象).通过实验数据分析总结,给出了液滴体积与气体流速的关系,以及不同黏滞系数液滴对气流流速的影响.同时,由计算机软件建立模型,模拟了实验过程.通过实验可以发现,莱顿弗罗斯特现象的产生只依赖于纯流体动力学机制,而与热效应无关.【期刊名称】《物理与工程》【年(卷),期】2019(029)004【总页数】5页(P97-101)【关键词】莱顿弗罗斯特现象;稳定气流;蒸汽层;纯流体动力学【作者】吕承昊;吕钧霆;刘世元【作者单位】山东省青岛第二中学,山东青岛 266100;山东省青岛第二中学,山东青岛 266100;山东省青岛第二中学,山东青岛 266100【正文语种】中文1 概述1756年，莱顿弗罗斯特(Leidenfrost)在红热的金属汤匙上滴下一滴水，水珠在汤匙上悬浮了近30秒钟，而没有蒸发。
莱顿弗罗斯特对这种现象非常感兴趣，并进行了研究，发现水滴可以悬浮的原因是：与热铁勺接触后，水滴的底部立即形成一层水蒸气，这层水蒸气可以将水与铁勺分离，因此可以使水滴悬浮，悬浮的水滴暂时不能吸收更多的能量，蒸发速度减慢，因此悬浮水滴可能在几十秒内不会蒸发，这种现象称为“莱顿弗罗斯特现象”(简称“莱氏现象”)。
莱顿弗罗斯特现象还可以推广到除水以外的其他液体，当液滴与比其沸点高很多的热表面接触时，在液滴与热表面之间会产生一层绝缘的蒸汽层，液滴不直接与热物体接触，阻止了液滴快速沸腾，液滴可以在热物体表面上悬浮。
莱顿弗罗斯特现象的示意图如图1所示[1]。
图1 莱顿弗罗斯特现象的示意图[1]莱顿弗罗斯特通过观察进一步发现，由蒸汽层支撑的在热表面上的水滴，通过蒸汽层的传导和辐射，热量从热表面向水滴传递，水滴自发地开始振动并缓慢蒸发，振动蒸发时会形成“星形”或“多面形”的形状。
铝合金压铸脱模剂的主要成分
铝合金压铸脱模剂的主要成分铝合金压铸脱模剂是一种用于铝合金压铸过程中的涂料，主要目的是减少模具与铝合金材料之间的摩擦，降低模具磨损，以便顺利脱模。
铝合金压铸脱模剂的成分有很多种，下面将介绍其中的主要成分。
1. 润滑剂润滑剂是铝合金压铸脱模剂中最重要的成分之一。
润滑剂可以降低铝合金与模具之间的摩擦系数，使得脱模过程更加顺畅。
常见的润滑剂成分包括有机硅润滑剂、高分子润滑剂和石蜡等。
这些润滑剂能够在模具表面形成一层润滑膜，起到减少摩擦的作用。
2. 抗粘剂抗粘剂是铝合金压铸脱模剂中的另一个重要成分。
在压铸过程中，铝合金液体会与模具表面发生反应，导致铝合金附着在模具上，难以脱模。
抗粘剂的作用就是防止铝合金粘附在模具上，使得脱模更加容易。
常见的抗粘剂成分包括硅烷类物质和有机酸类物质等。
3. 表面活性剂表面活性剂是铝合金压铸脱模剂中的一种辅助成分。
它可以改善脱模剂与铝合金液体之间的相容性，使得脱模剂更好地润湿铝合金表面。
表面活性剂还可以减小脱模剂的表面张力，使其更容易渗透到模具细微的凹槽中。
常见的表面活性剂成分包括有机磷酸盐、硫酸盐和界面活性剂等。
4. 稳定剂稳定剂是铝合金压铸脱模剂中的一种添加剂。
它可以提高脱模剂的稳定性，延长其使用寿命。
稳定剂可以防止脱模剂在高温环境下分解或氧化，使其性能保持稳定。
常见的稳定剂成分包括有机锡化合物和有机磷化合物等。
5. 增稠剂增稠剂是铝合金压铸脱模剂中的一种辅助成分。
它可以增加脱模剂的黏度，使其在涂布在模具表面时更加均匀。
增稠剂还可以提高脱模剂的附着性，使其能够长时间保持在模具表面而不流失。
常见的增稠剂成分包括聚氨酯和胶体硅酸盐等。
铝合金压铸脱模剂的主要成分包括润滑剂、抗粘剂、表面活性剂、稳定剂和增稠剂等。
这些成分共同作用，能够降低模具与铝合金之间的摩擦，提高脱模效率，确保铝合金压铸过程的顺利进行。
在实际应用中，根据不同的压铸工艺和要求，可以针对性地调整脱模剂的成分和配比，以达到最佳的脱模效果。
纳米尺度下莱顿佛罗斯特现象的分子动力学模拟
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结论与展望
通过以上模拟，主要有以下结论：
纳米化结构可以显著提高莱顿佛罗斯特现象的发生 温度。 莱顿佛罗斯特特征温度的提高有利于强化换热。 纳米化结构诱导的更加剧烈的微尺度涡是莱顿佛罗 斯特特征温度提高的原因之一。
展望
扩大计算区域，做更大的纳米结构进行分析。
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纳米尺度下莱顿佛罗斯特现 象的分子动力学模拟
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背景简介与研究现状
研究内容
研究方法与研究结果
结论与展望
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背景简介
莱顿佛罗斯特（Leidenfrost）现象是1756年由莱顿佛罗斯特发现的一个有趣的现象： 烧的通红的铁勺上滴上一滴水珠，水珠竟然悬浮起来并持续30秒。 莱顿佛罗斯特现象普遍存在于自然界和工程应用中。
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研究结果
模拟结果对比
2K 27K 52K 77K 102K 127K 152K 177K
2K
27KLeabharlann 52K77K102K
127K
152K
177K
不同加热温度，Rect_4r和Rect_8r在400ps的差异。
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400ps内的平均输入热流密度
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研究结果
莱顿弗罗斯特效应应用实例
莱顿弗罗斯特效应应用实例
莱顿弗罗斯特效应是一种常见的光学现象，它在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些莱顿弗罗斯特效应的应用实例。
1. 激光
激光是一种使用莱顿弗罗斯特效应的优秀例子。
当激光束通过晶体管或其他透明材料时，这些材料中的电子会被激发到高能级，然后通过莱顿弗罗斯特效应发射激光光子。
这种技术已被广泛用于医疗、通信、制造和科学研究等领域。
2. LED
LED（发光二极管）也是利用莱顿弗罗斯特效应的光源。
当电流通过LED时，材料中的电子会被激发到高能级，然后通过莱顿弗罗斯特效应发射光子。
这种技术已被广泛用于照明、显示和电子设备等领域。
3. 摄影
在摄影中，莱顿弗罗斯特效应可以用于制作滤镜。
这些滤镜可以使某些颜色在照片中更加鲜艳，同时抑制其他颜色。
这种技术已被广泛应用于摄影、电影和视频制作等领域。
4. 光学仪器
在光学仪器中，莱顿弗罗斯特效应可以用于制作偏振片和波片。
这些器件可以选择或限制通过它们的光线的方向和振动模式。
这种技术已被广泛用于显微镜、望远镜和光学测量设备等领域。
总之，莱顿弗罗斯特效应是一种常见的光学现象，有许多应用。
这些应用包括激光、LED、摄影和光学仪器等领域。
莱顿弗罗斯特效应和材质的关系
莱顿弗罗斯特效应和材质的关系随着科技的不断发展，莱顿弗罗斯特效应成为了一个备受关注的热门话题。
莱顿弗罗斯特效应是指当两种不同的材质接触并分离时，由于静电作用而产生的温度变化现象。
这一现象在物理学上具有重要意义，对材料科学和能源利用等领域具有深远的影响。
在这篇文章中，我们将探讨莱顿弗罗斯特效应与材质之间的关系，分析不同材质对莱顿弗罗斯特效应的影响，并展望莱顿弗罗斯特效应在材料学领域的应用前景。
一、莱顿弗罗斯特效应的基本原理莱顿弗罗斯特效应最初是由荷兰物理学家佛洛伦斯·莱顿和莫里斯·弗罗斯特在1790年发现的。
它的基本原理是由于两种不同材质在接触时，电荷在材料表面上的重新分布，使得材料的温度发生变化。
当两种不同的材质接触时，电子从一个材料转移到另一个材料，导致其中一个材料的表面带正电荷，另一个材料的表面带负电荷。
当这两种材料分离时，电荷分布会发生变化，从而产生热量。
二、不同材质对莱顿弗罗斯特效应的影响1. 金属材料金属是导电性能很好的材料，因此在莱顿弗罗斯特效应中起着重要作用。
金属材料具有自由电子，可以很容易地进行电子转移，当金属与其他材料接触时，会迅速将电子转移到另一个材料上，并在分离时产生大量的热量。
金属材料对莱顿弗罗斯特效应的影响较大。
2. 绝缘材料与金属相反，绝缘材料的电子迁移能力很差，因此在莱顿弗罗斯特效应中起着不重要的作用。
绝缘材料接触时，由于电子转移能力较差，不会产生明显的热量。
绝缘材料对莱顿弗罗斯特效应的影响较小。
3. 半导体材料半导体材料具有介于金属和绝缘材料之间的导电能力，因此在莱顿弗罗斯特效应中呈现出中等的影响。
半导体材料的电子迁移能力介于金属和绝缘材料之间，因此在莱顿弗罗斯特效应中产生的热量也处于中等水平。
三、莱顿弗罗斯特效应在材料领域的应用前景1. 热电材料莱顿弗罗斯特效应可以作为一种新型的热电材料。
通过利用莱顿弗罗斯特效应产生的热量，可以将其转化为电能，从而实现热能与电能的转换。
基于涡流热效应的液体莱顿弗罗斯特效应点测量仪
基于涡流热效应的液体莱顿弗罗斯特效应点测量仪摘要：采用不断改变金属温度，使其达到液体的临界莱顿弗罗斯特效应温度并通过激光进行测量。
制备一种新型基于涡流热效应的液体莱顿弗罗斯特效应点测量仪装置。
其功能是利用涡流热效应原理进行加热，热电偶探测温度，限流器控制液体滴落的速度，产生莱顿弗罗斯特效应后液体底部产生的汽膜使激光折射路径发生改变的方法，达到确定液体发生莱顿弗罗斯特效应时的温度。
关键词：涡流热效应莱顿弗罗斯特效应热电偶1引言在我们日常生活中经常能看见饭店中的大厨在锅子中滴入几滴水观察是否形成水珠来判断锅子的温度是否足够; 在冰桶挑战中液氮的沸点是-196°C，而人体的温度为36℃，当液氮顺着身体向下流，与人体接触的部分就会剧烈沸腾，在人的身上形成一层液氮的蒸汽层，阻隔人体向液氮传热，短时间内人不会被冻伤。
这些都是莱顿弗罗斯特效应在生活中的应用，而测量液体的临界温度点能够帮我们更好的了解本身的物理性质。
2正文2.1仪器原理利用涡流热效应将电磁能直接转化为金属的内能，将金属放置在螺旋线圈中，给螺旋线圈通入高频交流电，使螺旋线圈中心产生高频交变磁场，处于交变磁场中的金属不停地切割磁感线，在内部产生涡流，由焦耳定律可知金属内部会产生大量热量从而达到加热金属的目的。
利用zvs电路对线圈进行供电，由涡流在金属薄壳或金属线上产生的单位质量功耗为式中k 是个常数,Bp 是磁场峰值 (T),d是金属薄壳的厚度或电线的直径 (m),f是磁场改变的频率(Hz),ρ是电阻率(Ωm)，D 是材料密度。
由于所产生的的磁场峰值与所通入的电流的大小有关因此可通过改变电流大小达到控制金属加热温度的目的。
并通过热电偶记录金属的温度。
莱顿弗罗斯特现象是当液体接触到温度远超其沸点的物体时，与物体表面所接触的那一部分液体会急速汽化膨胀在液体和金属表面之间生成蒸气层，蒸汽层隔绝了液体与金属之间的接触使液体暂时悬浮起来，从而阻止金属继续放热。
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莱顿弗罗斯特效应及其在水性压铸脱模剂中的应用
定义
莱顿弗罗斯特现象（Leidenfrost Phenomenon）是指液体不会润湿炙热的表面，而仅仅在其上形成一个蒸汽层的现象，由科学家莱顿弗罗斯特在1756年发现。
现象
把水滴落在滚烫的铁板上，假如铁板的温度仅高于水的沸点（100°C），水会发出嘶嘶声并迅速沸腾。
但当铁板到达莱顿弗罗斯特点（Leidenfrost point）时，水便会产生莱顿弗罗斯特现象。
水珠会在铁板四处滚动，并缓慢地逐渐蒸发，反而令水珠可以存在更久。
在莱顿弗罗斯特现象下，水珠中跟铁板接触的部分会迅速沸腾形成水蒸气，与此同时水珠尚保持液体的状态，由于水蒸气的传热比液体水慢得多，蒸气层阻隔水直接接触滚烫铁板并大大降低水滴沸腾的速度。
水的莱顿弗罗斯特点会随着水中含有的杂质、滚烫物件的材质、水的温度等而改变，粗略量度下水在平底锅的莱顿弗罗斯特点为约193°C。
理论
莱顿弗罗斯特点标示出了进行稳定之薄膜沸腾(film boiling)所需之最低温度，指的是在沸腾曲线上热流(heat flux)达最低之一点，同时，液体与热烫表面之接触面完全为蒸气层(vapor blanket)所覆盖，而此时从热烫表面向液体所进行之热传导是透过此蒸气层以传导(conduction)及辐射(radiation)的方式完成。
1756年，莱顿弗罗斯特观察到，当热烫表面上的小水滴四处跳动时，水滴的蒸发速度缓慢。
随着表面温度再度提高，热辐射的效应会变得比热传导更为显著，因此这时再提高温度，热流会上升。
一水平表面之热流最低点可由Zuber's equation推导而来
其数值是由饱和温度所决定。
其中C为Zuber常数，于适当的压力之下大部分的液体C值约为0.09。
在水性压铸脱模剂中的应用
不是所有的脱模剂都同样可以在热模具表面形成良好的均匀的膜。
脱模剂在热的模具表面润湿及铺展的能力取决于模具温度和脱模剂的成分。
水基脱模剂通常有一个最大的可接受的模温(燃烧温度)，使其润湿和铺展性能最好。
当模温较高，在莱顿弗罗斯特效应(Leidenfrost effect)温度以上时，脱模剂就不能有效润湿表面。
该效应指当液体的温度远远地超过它的沸点(如水在200℃-300℃)时，液体表面与汽相间会形成一薄层，液滴可漂浮于该层并在其中作无规则的滑动.这种现象称为“莱顿弗罗斯特效应。
对于给定脱模剂其燃烧温度Leidenfrost温度取决于许多变量，包括脱模剂成分，喷射压力，角度及数量。
气体压力和脱模剂浓度的影响较小。
尽管脱模剂的喷涂参数如流体压力，喷涂角度和强度也影响润湿和铺展性能，但成分起最重要的作用。
模具表面温度是影响吸附效果的重要因素.太高太低都降低吸附效果。
对于给定的模温，考虑对膜的形成影响因素包括液滴的冲击，润湿模具表面，铺展形成连续的膜，防止后续喷涂的冲刷等。
此外还有许多变量影响膜的形成。
包括喷涂速度，喷枪与模具表面的角度，流体压力，喷涂强度，对已形成的膜的喷涂角度等。
脱模剂化学应用技术的首要目标是在型腔表面形成最有效的膜。
其次是达到最优化的模具冷却及最少的废物残留。
喷涂设备的不断改进和新脱模剂的应用技术使模具润滑更接近优化。
通过在压铸机上试验来选择脱模剂是传统的检验方法。
如果新的脱模剂能把老问题解决就采用新的。
在保留传统方法的同时，也出现了一些科学的显示方法。
如在模具上安放热电偶或用红外测量装置测量并显示模具在任何时间的温度。
在生活中的应用
徒手掐灭火焰：当液体遭遇极度炙热时就将化作一层绝缘的气态防护层。
当你用湿手指掐灭蜡烛时正是依靠着这层蒸汽层的保护。
只要有充分的条件，人人都可做到这点（就如同有了防火墙一般）。
赤脚过炭火球：在传统的过火仪式，参加者会先沾湿双脚，由于莱顿弗罗斯特现象令水不会快速升温，使得热不容易传到人们的脚，即使人们走在火堆之上，只要不长时间接触炭火，也不易被烧得火红的炭火烫伤。