网站动态:
  • 产品总数:823438
  • 求购总数:4600
  • 企业总数:28050
  • 在线会员:89
 
当前位置: 首页 » 资讯 » 金属冶金资讯 » 正文

关于表面梯度如何影响液滴行为的发现,可能使具有防结冰能力的新型表面成为可能

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-08  浏览次数:8
核心提示:关于液滴对固体表面的影响的研究可以追溯到一个多世纪以前。到目前为止,人们普遍认为水滴对固体表面的冲击可以分为两个阶段:扩

关于液滴对固体表面的影响的研究可以追溯到一个多世纪以前。到目前为止,人们普遍认为水滴对固体表面的冲击可以分为两个阶段:扩散和收缩。

 

但它比这复杂得多,来自香港城市大学(City University of Hong Kong)、以色列阿里尔大学(Ariel University)和中国大连理工大学(Dalian University of China)的一组研究人员在AIP出版社(AIP Publishing)出版的《应用物理快报》(Applied Physics Letters)杂志上发表的报告称。


香港城市大学机械与生物医学工程学系副教授王祖凯解释说:“在扩散阶段,液滴经历了惯性主导的加速,并扩散成‘煎饼’的形状。”“在收缩阶段,水滴将表面能量降至最低,并向内收缩。”


值得注意的是,在超疏水的黄金标准上。由于在碰撞过程中能量损耗最小,在收缩阶段结束时液滴会跳脱,如荷叶等。这是由于粗糙表面存在气垫。


然而,水滴与荷叶激发的超疏水材料的接触时间存在一个经典的极限。


正如该研究小组先前在《自然物理》杂志上报道的那样,在扩散阶段结束时,在不经历后退过程的情况下,水滴就有可能以煎饼的形式从表面反弹。因此,液滴可以更快地脱落。


“有趣的是,在大范围的碰撞速度下,接触时间是恒定的,”王说。换句话说,接触时间的减少是非常有效和稳健的,所以新的表面表现像一个弹性弹簧。但真正的魔力在于表面纹理本身。

0:00

一种液滴在不同地形的结构表面上弹跳。左:煎饼在锥形的柱子上弹跳,时间明显减少。右:传统的直柱弹跳。


为了防止气垫塌陷或防止水渗入表面,传统的智慧建议使用具有小间隔的纳米柱。“柱间间距越小,小柱间的碰撞速度就越快,”他解释说。“相比之下,用宏观结构设计表面——带宽间隔的锥形亚毫米柱阵列——意味着水滴从表面脱落的速度要比以前任何工程材料快得多。”


新结果显示了什么


尽管取得了令人兴奋的进展,但合理地控制接触时间和定量地预测临界韦伯数(在流体力学中用于描述液体在流体介质中流动时的变形惯性力与稳定内聚力之比的数值)仍然是难以捉摸的。


因此,研究小组通过实验证明,水滴弹跳受到表面形貌的复杂影响。“在中心柱间距相同,表面有更大的顶角可以产生更多的煎饼跳跃,它的特点是一个重要的接触时间减少,较小的临界韦伯数,和更广泛的韦伯数范围,”合著者基因怀和爱德华Bormashenko,阿里尔大学教授。

 

Wang和他的同事们继续发展简谐弹簧模型,从理论上揭示了与撞击落点相关的时间尺度和煎饼在表面形态上反弹的临界韦伯数的依赖关系。他补充说:“从这项工作中获得的见解将使我们能够为许多实际应用合理地设计各种表面。”


该小组的新表面特征是缩短接触时间,以防止或减缓冰的形成。“冰的形成和随后的堆积阻碍了现代基础设施的运行,包括飞机、海上石油平台、空调系统、风力涡轮机、电力线和电信设备,”王说。


在过冷的温度下,即在不凝固的情况下,将液体或气体的温度降低到冰点以下,液滴与表面接触的时间越长,就越有可能凝固。“我们新的表面结构可以用来防止飞机机翼和引擎结冰,”他说。


这是非常可取的,因为一层非常轻的雪或冰,轻到几乎看不见——众所周知,会降低飞机甚至飞机的性能


 
 
[ 资讯搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

 
0条 [查看全部]  相关评论

 
推荐图文
推荐资讯
点击排行
 
网站首页 | 网站地图 | 排名推广 | 广告服务 | 积分换礼 | 网站留言 | RSS订阅