【摘要】： 針對(duì)超疏水微納米結(jié)構(gòu)表面在流動(dòng)減阻方面的應(yīng)用,本文在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下(No.50606025),采用先進(jìn)的流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù),對(duì)多種方法制備的疏水和超疏水表面,在不同流態(tài)下的減阻機(jī)理和減阻規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。本文的主要工作包括三個(gè)方面: (1)超疏水表面制備與潤(rùn)濕特性的研究 采用多種方法制備了不同表面結(jié)構(gòu)不同潤(rùn)濕特性的疏水和超疏水表面,使用視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x和掃面電鏡(SEM)研究了表面結(jié)構(gòu)對(duì)表面靜態(tài)和動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕特性的影響,為進(jìn)一步研究疏水特性對(duì)減阻機(jī)理和規(guī)律的影響奠定了基礎(chǔ)。 (2)超疏水微納米結(jié)構(gòu)表面流動(dòng)的PIV實(shí)驗(yàn)研究 在一開(kāi)式低速循環(huán)水槽中,使用先進(jìn)的粒子圖像測(cè)速技術(shù),對(duì)粒子涂覆方法和層層自組裝兩類(lèi)方法加工表面,在層流和紊流下近壁處的速度分布規(guī)律進(jìn)行測(cè)量,比較研究了在不同流態(tài)下的滑移速度和滑移長(zhǎng)度、近壁面速度分布、近壁面渦量分布和紊流脈動(dòng)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),相對(duì)親水表面,疏水和超疏水表面近壁處產(chǎn)生不同程度的流動(dòng)滑移,對(duì)近壁面處的渦量和紊流度有明顯影響,且不同流態(tài)變化規(guī)律不同。 (3)超疏水圓管流動(dòng)減阻的實(shí)驗(yàn)研究 設(shè)計(jì)、搭建并標(biāo)定了一套超疏水管道流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)臺(tái)架,通過(guò)測(cè)量壓降與流量之間的關(guān)系,研究了內(nèi)壁具有微納米結(jié)構(gòu)的超疏水性表面的圓管在層流和紊流條件下的流動(dòng)減阻規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,層流條件下,實(shí)驗(yàn)疏水和超疏水表面的減阻效果不明顯。隨著流動(dòng)進(jìn)入紊流狀態(tài),疏水表面內(nèi)壁管道和超疏水表面內(nèi)壁管道才會(huì)產(chǎn)生較明顯的減阻效果,且隨雷諾數(shù)的增大,減阻效果增強(qiáng)。
【圖文】：

水滴在此表面上很難穩(wěn)定地停留。超疏水表面一般有兩個(gè)特點(diǎn)：1、具有特殊的微納米結(jié)構(gòu)；2、表面能較低。將液體滴在固體表面上，液體并不完全展開(kāi)而與固體表面成一角度，即所謂的接觸角，以θ表示（如圖1-1所示）。在固-液-氣三相交點(diǎn)處做氣-液界面的切線(xiàn)，此切線(xiàn)與固-液交界線(xiàn)之間的夾角就是該液滴在某一表面的接觸角。圖 1-1 接觸角的定義Fig.1-1 Schematic illustrations of contact angle接觸角是衡量固體表面疏水性的標(biāo)準(zhǔn)之一，一般認(rèn)為接觸角越大其表面疏水性也就越好。研究表明，判斷一個(gè)表面的疏水效果時(shí)，只考慮其接觸角的大小是不夠的，還應(yīng)該考慮它的動(dòng)態(tài)過(guò)程，一般用接觸角滯后或滾動(dòng)角來(lái)衡量[1][2]。接觸角滯后是指固體表面的前進(jìn)接觸角與后退接觸角存在差異的現(xiàn)象。前進(jìn)接觸角 θA是指在增加液滴體積時(shí)，液滴與固體表面接觸的三相線(xiàn)將要移動(dòng)而沒(méi)有移動(dòng)時(shí)的接觸角，后退接觸角 θR是指在縮小液滴體積時(shí)液滴與固體表面接觸的三相線(xiàn)將動(dòng)而未動(dòng)時(shí)的接觸角。前進(jìn)角總是大于后退角（如圖 1-2 所示），兩者的差值 θ=θA-θR稱(chēng)為接觸角滯后。滾動(dòng)角為液滴在傾斜表面上剛好發(fā)生滾動(dòng)時(shí)

圖 1-2 前進(jìn)角與后退角示意圖 圖 1-3 滾動(dòng)角示意圖Fig.1-2 Schematic illustrations of advancing Fig.1-3 Schematic illustrations ofangle and receding angle roll-off angle1.1.2 自然界中的超疏水表面自然界中，許多植物葉表面，例如荷葉表面的自清潔效果引起了人們的
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：TH117

【參考文獻(xiàn)】

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1 代欽,魏潤(rùn)杰,黃湛,申功p，

本文編號(hào)：2603421