超疏水表面的减阻研究

为探索超疏水表面的减阻机制,利用位错刻蚀法在铝板上制备出接触角为156°、滚动角小于5°的超疏水表面,并分别以具有超疏水表面和亲水表面的铝板为基板,构建了两种流动状态可视化测试的微粒子图像测速(Particle Image Velocimetry ,PIV)微通道,通过PIV粒子图像测试技术对水在超疏水微通道和亲水微通道中的速度流动情况进行实验测定与对比,得出超疏水表面确实有减阻效果,最大减阻效果可达8.72%,并从多角度进行了解释分析.     

超疏水光栅微结构表面减阻试验研究

为了研究超疏水固体表面的微结构对减阻特性的影响，首先利用飞秒激光加工技术在光滑K9玻璃基面上加工出微脊光栅结构，然后将光滑K9玻璃与光栅结构K9玻璃置于干燥箱内进行硅烷化处理，以降低表面自由能，最后用AR-G2流变仪测量两表面的流变特性，试验用流体为体积分数40%的甘油溶液和水。试验结果表明：两表面均存在明显滑移，即都具有减阻特性，且光栅结构的超疏水表面比光滑结构的疏水表面的减阻效果明显；减阻效果随着流体粘度的增大而增强。     

超疏水表面减阻特性的研究进展

超疏水表面具有减阻效果,在提高管道传输效率、降低水下航行体和微流体器件中流动阻力等方面有着广阔的应用前景。介绍超疏水表面的制备、滑移理论以及减阻特性的研究,讨论微尺度下表面润湿性、表面微结构和流场流动状态对壁面减阻的影响,对超疏水壁面减阻的物理机制进行总结,并指出气体层不连续模型和气穴模型是分别适用于光滑疏水表面和带微结构超疏水表面的减阻模型。介绍超疏水表面减阻特性的一些应用,提出将超疏水表面应用到微流体系统中面临的问题,如微通道壁面疏水性的制备及其减阻效果的耐久性。     

超疏水表面制备技术的研究进展

具有非润湿和自清洁特性的超疏水表面由于其广阔的应用前景而引起人们的极大关注.介绍超疏水状态下Wenzel和Cassie-Baxter 2种接触模型及其相互关系,讨论2种模型下表面微细结构对接触角的影响.从构造表面微细结构和低表面能物质修饰2个方面总结近年来超疏水表面制备技术的研究进展,并对超疏水表面的研究进行展望.     

表面分析仪器在超疏水表面研究中的应用

超疏水表面制备与研究是近年来材料科学的重要研究方向,超疏水表面的研究离不开表面分析测试仪器。本文简要介绍了超疏水材料的表面特性、理论模型及其制备方法,重点介绍了扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、原子力显微镜和表面接触角测试等几种常用表面分析方法的基本原理及其在超疏水表面研究中的具体应用。     

疏水表面的摩擦阻力特性研究

考虑到单纯的形貌和低表面能涂层减小摩擦阻力的效果有限,利用铝基底、聚四氟乙烯涂层制备了几种表面形貌和低表面涂层相结合的疏水表面,并应用到水下航行体的减阻实验中。结果表明:具有聚四氟乙烯涂层的微形貌结构的表面接触角可超过120°,形成疏水状态;部分疏水表面在减阻实验中具有较好的效果,比只有微形貌的表面的周期性减阻有了更好的稳定性;不是所有的疏水表面都具有减小摩擦力的作用,偏角的方向、进刀量的大小、形貌的周期等许多因素都直接影响着阻力的大小。     

碳钢超疏水表面制备及其耐腐蚀性研究

通过喷砂与电刷镀相结合的方法在碳钢表面制备出未经修饰的微纳双尺度复合结构的超疏水表面。利用扫描电子显微镜（SEM）、接触角测量仪、电化学工作站对表面形貌、动静态接触角以及耐腐蚀性进行观测。结果表明:采用该结合方法制备的疏水表面在晶粒簇直径为25～40μm,且分布均匀时,具有优异的超疏水性能;当制备电压在14V时,接触角达到152°,同时在自然时效状态下,试样能够长时间保持表面的疏水特性;结合方法制备的疏水表面与基底抛光表面相比,耐腐蚀性能提高。     

超疏水微结构表面的制备工艺研究

针对装备表面大面积采用超疏水结构以实现减阻、防污的需求,考虑加工低成本、可重复及高效的目标,采用PDMS模塑工艺来实现超疏水微结构的制备,基于高速微小孔钻削工艺在铝合金表面加工阵列微孔结构作为PDMS浇铸的模具,成功在PDMS膜表面复印出阵列微柱结构,对制备的超疏水微结构PDMS膜进行了加工误差分析,误差为6%。     

电刷镀法制备钢基体超疏水表面的实验研究

采用复合电刷镀技术,在Q235钢表面制备了具有超疏水性能的n-SiO2/Ni纳米复合镀层,在优选的工艺参数下,获得了接触角为1698°、滚动角为23°的超疏水表面。研究了刷镀电压和刷镀时间对镀层表面结构和疏水性的影响规律;分析了复合镀层表面和截面的结构形貌特点;研究了电刷移动速度对复合镀层中n-SiO2含量的影响规律。对镀层的接触角、表面粗糙度和显微硬度进行了表征。结果表明：刷镀电压和刷镀时间是影响复合镀层表面微观结构特征的重要因素;复合镀层表面的微纳米双重结构对表面的超疏水性起到了关键的作用。     

液滴撞击疏水/超疏水表面运动特性的数值模拟

采用计算流体动力学对液滴撞击疏水/超疏水表面的过程进行数值模拟,分析液滴滴落高度、表面润湿性和表面倾斜角度3个因素对液滴运动的影响。结果表明,随着液滴滴落高度的增大,液滴铺展系数增大,回弹系数减小,滴落高度对液滴铺展系数和回弹系数的影响随表面静态接触角的增大而增大;表面疏水性增强,液滴铺展系数减小,回弹系数增大,滴落高度的增大会减弱表面润湿性对液滴铺展系数和回弹系数的影响;表面倾斜角度增大,液滴铺展系数和回弹系数减小,液滴内部最大速度增大。     

磁性液体粘性减阻技术

磁性液体粘性减阻技术是一种新兴的技术。介绍了磁性液体粘性减阻技术原理,并与其他减阻技术作了对比,例举了它的应用场合,并论述了它的最新研究动态和发展前景。     

非牛顿介质中图形化表面对减阻效果的影响

为研究图形化表面在非牛顿介质中对减阻效果的影响,在微摩擦试验机(UMT)上进行了销盘润滑实验。实验中在硅片的表面刻蚀了纵向和横向2种沟槽以形成不同的表面图形。实验表明,与光滑表面相比,当剪切速率处于牛顿流动区时,沟槽具有一定的减阻效果;而当剪切速率处于剪切稀化区时,沟槽表面的阻力上升;并且横向沟槽表面的阻力总是大于纵向沟槽表面的阻力。流体数值计算的结果表明,横向沟槽侧壁的压差阻力和纵向沟槽侧壁的粘性阻力无法完全补偿沟槽底面上的阻力损失,因而产生了减阻效果。     

小孔间距布局对厢体气膜减阻效果的影响

为研究小孔间距布局对厢体气膜减阻效果的影响,通过优化厢体模型结构设计一种被动式气膜发生器,在渗流小孔直径1 mm、小孔与厢体表面倾斜度90°不变的情况下,通过模拟风洞实验测试厢体表面有渗流和无渗流喷出时小孔纵向间距为1.1～3 mm和小孔横向间距为1.1～5 mm的厢体模型所受到的总阻力。结果表明:小孔纵向间距的变化对厢体表面气膜减阻效果的影响很小;随着小孔横向间距的增加,厢体表面气膜减阻效果先增大后减小,且在小孔横向间距1.1～3 mm范围内减阻效果最佳;在主流速度和渗流速度比值相等的情况下,气膜减阻效果随着主流速度和渗流速度的增大而减小。     

固体颗粒对低黏度介质润滑特性的影响

基于水-固两相单流体模型,研究润滑过程中的固体颗粒对低黏度润滑介质的影响。以无限宽楔形滑块为计算模型,推导出特定假设条件下考虑惯性力和界面滑移的低黏度介质润滑的雷诺方程,并通过不同条件下雷诺方程的求解,探讨固体颗粒含量对低黏度介质润滑特性的影响。结果表明:在对低黏度介质润滑特性进行研究时,需考虑其惯性力和界面滑移影响;固体颗粒的存在一定程度上增大润滑膜的压力和承载能力,颗粒含量越大,承载能力越大,但颗粒含量对润滑膜整体的压力分布状态几乎不会产生影响;惯性力增大固体颗粒对润滑介质的影响程度,而界面滑移减小固体颗粒对润滑介质承载能力的影响,发生滑移时,颗粒基本不影响润滑膜的承载能力。     

仿生非光滑汽车表面的减阻分析

基于计算流体力学数值模拟方法,将非光滑表面应用于汽车。通过仿真实验研究非光滑车身表面气动减阻的可行性,并采用正交试验方法,通过计算汽车的空气阻力系数来分析非光滑单元体的形状、大小,以及分布位置和排列方式对减阻性能的影响,根据分析结果得到了合理且能够减阻的汽车仿生非光滑表面结构。     

基于非光滑表面的高速列车转向架区域气动减阻性能

为了减小列车行进中的气动阻力,将仿生学中普遍应用的非光滑表面单元体布置于高速列车中间车的转向架区域端墙处。应用计算流体动力学的方法,对列车流场进行数值模拟,比较非光滑表面单元体(凹坑)对列车的气动减阻效果,与光滑列车的气动阻力相比,中间车减阻率可达1.05%。通过比较光滑模型和非光滑模型的压差阻力、黏性阻力的变化情况,得到了非光滑表面的减阻原理,为进一步研究车体非光滑表面气动减阻效果提供理论依据。