通過(guò)自然界超疏水植物的啟發(fā),探究植物的浸潤(rùn)性及表面微結(jié)構(gòu),利用CFD數(shù)值模擬提取并優(yōu)化表面結(jié)構(gòu),通過(guò)高速電火花線切割的方法獲得易操控的穩(wěn)定的超疏水仿生樣件,為流體機(jī)械減阻和流體運(yùn)輸提供理論基礎(chǔ)。本文選取的美人蕉葉、美人蕉花、狗尾草和三葉草四種植物進(jìn)行研究測(cè)試,研究發(fā)現(xiàn)美人蕉葉、狗尾草、三葉草具有良好的超疏水效果。美人蕉表面結(jié)構(gòu)為規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),且表面布有凸包形態(tài)的結(jié)構(gòu),網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上附著有納米級(jí)的微粒,構(gòu)成微納米復(fù)合結(jié)構(gòu),是影響超疏水性能的重要因素。狗尾草和美人蕉結(jié)構(gòu)表面均表現(xiàn)為條紋狀的微結(jié)構(gòu),狗尾草表現(xiàn)為長(zhǎng)條紋,但條紋間間隔并不一致;美人蕉表面為間斷式段條紋,但條紋間間隔基本一致。超疏水植物的表面結(jié)構(gòu)為研究仿生超疏水樣件提供了理論基礎(chǔ),為后續(xù)將超疏水表面運(yùn)用到流體機(jī)械和流體運(yùn)輸上提供了重要的研究基礎(chǔ)。利用CFD數(shù)值模擬再現(xiàn)液滴撞擊超疏水結(jié)構(gòu)表面的過(guò)程。將三種植物的表面結(jié)構(gòu)優(yōu)化成凸包結(jié)構(gòu)和條紋結(jié)構(gòu),建立數(shù)學(xué)模型,通過(guò)ICEM前處理軟件劃分網(wǎng)格,導(dǎo)入FLUENT軟件中選取VOF計(jì)算方法追蹤固-液界面流動(dòng)特性。利用CFD模擬優(yōu)化的凸包結(jié)構(gòu)和條紋結(jié)構(gòu)具有良好的超疏水特性,液滴在起表面展現(xiàn)了低粘附... 

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【文章頁(yè)數(shù)】：102 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

液滴落在荷葉的狀態(tài)與荷葉的SEM圖像

圖 1.2 具有超疏水性質(zhì)的生物1.2.2 超疏水表面在不同領(lǐng)域的應(yīng)用因?yàn)槌杷砻姹憩F(xiàn)出對(duì)水的極難浸潤(rùn)性，展現(xiàn)了與水之間低黏附性和較小的滾動(dòng)角，這一良好的特性能廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。（1）在微物質(zhì)能量領(lǐng)域的應(yīng)用。超疏水表面具有良好的超疏水可逆性，使超疏水特性在微物質(zhì)能量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[25]。Michael 等人用光照改變下板表面能量，通過(guò)下板表面能的改變來(lái)移動(dòng)下半月板的位置[26]。超疏水的可逆性也可以用來(lái)控制微小物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，例如微小的灰塵，當(dāng)灰塵的接觸表面為低表面能表面時(shí)，灰塵就會(huì)被抬起；當(dāng)接觸表面為高表面能表面時(shí)灰塵被釋放[27]。超疏水在微物質(zhì)能量領(lǐng)域的成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了表面能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)變[28]。（2）在運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用。

第 1 章 緒論過(guò)程中的污染。Tuteja 等人在油料管道輸送和儲(chǔ)油罐內(nèi)制備出以低表面能物質(zhì)修飾的粗糙表面[29]。（3）在自清潔的應(yīng)用。超疏水在自清潔領(lǐng)域的應(yīng)用一直是研究熱點(diǎn)，除了在金屬上的自清潔之外，公共設(shè)施上的自清潔也是一大熱點(diǎn)[30-32]。液滴與超疏水表面接觸時(shí)，具有超高的接觸角和較低的滾動(dòng)角，所以液滴極易在超疏水表面滾動(dòng)，進(jìn)而帶走大量灰塵。如圖 1.3 所示為超疏水表面自清潔時(shí)的示意圖，當(dāng)液滴落在超疏水表面上，由于液滴在超疏水表面的極難浸潤(rùn)性，并且液滴與超疏水表面具有極小的滾動(dòng)角，所以液滴能在超疏水表面滾動(dòng)并且利用液滴粘附力帶走微小的灰塵。Lomga[33]和Furstner[34]等都加工并驗(yàn)證了超疏水表面在自清潔領(lǐng)域的應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3026861