基于低表面能效应的疏水表面减阻机理

针对疏水表面功能材料在流动减阻方面的潜在应用,通过水洞实验研究了具有疏水表面航行器模型的阻力特性,获得了其减阻特性曲线,并得到了大于30%的实验室减阻效果.对疏水表面进行了表面能特性分析,认为表面组分中的-C-Si疏水基团引起了疏水表面的低表面能效应,是疏水表面具有减阻作用的直接原因.     

不同接触角微肋阵内的对流换热及能效特性

在椭圆形微肋阵表面固化含有微纳米粒子的疏水性涂层获得具有不同接触角的疏水性微肋阵,测试不同雷诺数Re下实验段内的压降?流动阻力系数f及努塞尔数Nu,并分析了接触角变化对微肋阵热沉内流阻和换热的综合影响及其能效特性?研究结果表明,疏水性涂层具有显著的减阻效果,压降和流动阻力系数随接触角增大而减小;但疏水性微肋阵内的Nu也降低,且3种疏水性微肋阵内Nu之间的偏差随功率的增加而增大;尽管表面疏水性降低了微肋阵内Nu,接触角为151.5°超疏水微肋阵仍具有较好的能效特性,与无疏水性涂层的微肋阵相比,相同对流换热量时其所需泵功可减少200%以上?     

超疏水性圆管湍流减阻的数值模拟

针对超疏水表面功能材料在流动减阻方面的潜在应用,使用数值模拟方法研究了超疏水性圆管内的湍流流动特性.研究表明:其流场中存在临界Re,当Re大于此临界值时,超疏水性圆管内的湍流流动表现为减阻;反之,则表现为增阻.超疏水表面无滑移壁面与自由剪切面的综合效果是导致这一现象的主要原因.     

超疏水表面形貌对层流减阻的数值模拟

为了研究超疏水表面形貌结构对其流动减阻的影响,设计了4种不同形貌的表面结构.针对超疏水表面的流动特点,建立微通道气-液两相流动的VOF(Volume of Fluid)模型,对超疏水表面在层流状态下的表面形貌结构对流动减阻的影响规律进行了研究.结果表明,超疏水表面的减阻效果随微凸起间距的增大而明显增大,而与微凸起高度的变化关系不大,且三角形和圆顶矩形微凸起结构表面比圆形和平顶矩形微凸起结构表面具有更好的减阻效果.     

水在不同管径超疏水性微管内的流动特性

在改性有机硅稀溶液中加入2%全氟辛基氟硅烷以及添加剂配制成超疏水液,采用滴定法在内径分别为0.447、0.728和0.873 mm的3种微铜管内壁实现微米级超疏水性涂层涂覆,其水滴表观接触角超过150°。建立微管内流动特性实验系统对超疏水性处理的减阻规律进行了实验研究,分别测量了雷诺数为100~3 000时去离子水流过处理前后微铜管时的内部摩擦阻力系数f。研究发现,内壁面的超疏水性处理显著降低了微管内的流动阻力,且该影响随微管内径的增加而增大,实验范围内流动阻力系数最大降幅达29.08%。超疏水涂层使得微管内的流动转捩现象出现滞后,且转捩Re随微管管径增加而略有增大。     

超疏水表面仿生原型制备技术研究分析

超疏水表面(superhydrophobic surface)是指水滴静态接触角>150°且滚动角<10°的材料表面,广泛应用于自清洁、防腐蚀、疏水抑冰与船舰减阻等诸多工程领域。基于仿生工程学原理,人们对典型超疏水仿生原型进行广泛研究,以期获取超疏水表面研制的理论基础。从呈现超疏水润湿现象的典型动植物体表入手,综述其表面微形貌结构特征对超疏水润湿特性的影响机制,介绍材料表面超疏水润湿行为量化表征的数学模型;重点关注仿生超疏水表面制备技术的最新研究进展,包括传统制备方法与3D打印制备技术,以及超疏水表面制备样件的功效表征;分析指出仿生超疏水表面的低成本、大面积、功效持久性是该领域未来发展的重要方向。研究成果可加深学者对超疏水润湿特性的认知,推动超疏水表面仿生研制新思路、新方法、新技术的发展。     

紫外光刻技术制备各向异性超疏水表面

结合紫外光刻技术与湿化学刻蚀法,将掩模板上的条纹结构转移到锌基体上;然后利用月桂酸修饰降低表面能,制备出具有不同间距条纹结构的各向异性超疏水表面。使用接触角测量仪表征其浸润性、偏光显微镜表征其形貌结构、傅里叶红外光谱仪分析表面成分,利用接触角测量仪搭建简易的平台探究制备的具有条纹结构的各向异性超疏水表面的减阻性能。掩模板上5、10、15、30μm间距的条纹图案很好地转移到了锌基体上,经月桂酸修饰后接触角最高达156.26°。当间距d=30μm时,各向异性浸润性最显著,ΔCA=9.93°。实验表明可通过调节条纹间距来控制各向异性浸润性,各向异性浸润性程度ΔCA随条纹间距的增加而增加,平行于各向异性超疏水表面的条纹结构方向有一定的减阻性能。利用该方法可制备特殊结构的各向异性超疏水表面,用于流体定向减阻与运输,微流体器件等领域。     

木材仿生超疏水功能化制备方法

 超疏水表面是一类与水的接触角大于150°且接触角滞后小于10°的固体表面,其在基础研究和工业应用方面具有重大的研究和实用价值。通常情况下,超疏水表面可通过在疏水材料表面构建一定尺寸的粗糙结构或利用低表面能的物质对粗糙表面进行修饰而获得。本文综述木材超疏水表面的制备方法,主要概括了溶胶-凝胶法、水热合成法、湿化学方法、表面涂覆和溶液浸泡法等的应用情况,讨论了超疏水木质基表面研发中存在的问题,探讨了该研究领域的发展趋势。     

超疏水涂料在自清洁与防腐蚀方面的应用

选取实验室自制环保型超疏水涂料,主要从所制备涂料涂层的自清洁性和防腐蚀性两方面来研究此涂料的实际应用价值和开发前景.以玻璃片和金属片为基底通过制备超疏水涂料并跟踪观察其置于自然条件下的表面清洁程度和防腐蚀状况,以接触角的大小和稳定性作为此涂料在自清洁性和防腐蚀性能方面的主要指标.实验结果表明,在水晶液蜡涂料和空白基片的对比下,超疏水涂料构建的涂层表面,在自然条件下清洁程度和防腐蚀性能最佳,说明了实验室自制超疏水涂料在自清洁和防腐蚀性能方面的优势,也证明了其在自清洁和防腐蚀材料领域的研究价值.     

一高聚物添加剂边界层减阻的研究

目前,减阻技术已广泛应用于一些民用与军工部门[1],如离岸的石油勘探、开采及原油管道的长距离运输。在减阻技术上,有直接加入减阻剂并与输送物料混合均匀以降低输送阻力[2],有在输送管道表面加上弹性材料护面[3],也有以气泡或水包裹输送物料等.对减阻剂的使用,比较广泛的是用高分子稀溶液[4],或其它无机材料如粘土、细粒矿沙、细煤粉等[5].在高分子稀溶液中,高分子在受到搅拌或其它机械剪力的作用下易产生降解,从而降低以至丧失减阻性能.此外,高分子材料一般价格昂贵,而无机材料减阻一般又要求其浓度较高,故会增加体系的物理粘性,从而增大了粘性耗散能量,反而产生增阻作用.总之,从实用价值来看,减阻技术和减阻剂的应用还远远达不到理想效果. 针对上述问题,我们设计了一种实验装置,即将一定浓度的魔芋溶液从输液管边壁注入边界层,以避免高分子稀溶液在通常减阻方法下的降解作用,并在减阻剂使用量较小的情况下,达到较好的减阻效果     

Research progress on the ultra hydrophobic surface topography effect

The study on the effect of surface topography on hy- drophobicity involves solid-liquid-gas contact line ef- fect and solid-liquid interphase effect. The former is chiefly related to the wettability of the solid surface, while the latter is mainly concerned with the solid-liquid interface resistance during the process of relative movement. The hydrophobicity or wettability is one of the main characteristics of solid surface, determined by both the chemical components and the microstructures of…     

三角形沟槽面圆管湍流减阻的大涡模拟数值研究

湍流减阻对水上船舶、潜艇、飞机以及长输油管道等运输工具的节能减排具有重要意义。利用大涡模拟(LES)对光滑圆管和三角形沟槽面圆管的流场进行数值研究,验证了LES在非光滑表面圆管湍流减阻研究的可行性,为其他形式的沟槽面圆管的减阻研究提供依据。同时对光滑及沟槽面圆管流场进行分析,并探讨了三角形沟槽的减阻机理。     

纳米颗粒吸附法减阻技术效果的快速评价方法

针对目前纳米颗粒吸附法减阻技术效果评价周期长、成本高的不足,通过分析目前室内评价方法及总结纳米颗粒吸附法减阻技术机制研究的成果,提出以岩心吸附片电镜扫描和接触角测试为手段的纳米颗粒吸附法减阻技术效果快速评价方法。基于纳米边界层水流滑移减阻机制,应用岩心等径毛管组模型和Tolstoi提出的滑移长度与接触角的关系,从理论上简要阐述该方法的内在机制。结果表明:新方法能有效缩短评价周期,降低试验成本;快速评价方法的内在机制为纳米颗粒在岩心微通道壁面吸附使表面的接触角超过120°,产生较显著的滑移效应,从而达到减阻效果。     

流体的粘弹性对孤立涡传输的抑制机理

在清水里加入微量的高分子聚合物,可以大大降低管路阻力。减阻的机理之一就是流体的粘弹性可以抑制涡的生长和传输。本文则对一个孤立涡在粘弹性Maxwell流体中传输过程进行了研究,发现随流体粘弹性的增强,孤立涡的传输得到明显的抑制,这一结论支持了上述减阻机理。     

地层流体对压裂用疏水支撑剂润湿性的影响

通过Washburn法测试了两种疏水支撑剂的三氯甲烷接触角,考察了疏水支撑剂经模拟地层流体在不同条件作用后的润湿性变化情况。实验研究表明:经模拟地层水浸泡的疏水支撑剂,其表面润湿性向亲水性方向转变,且温度越高、地层矿化度越高和作用时间越长,支撑剂的表面润湿性愈向亲水性转变;而经模拟油浸泡的疏水支撑剂,具有相似的规律,但其表面润湿性是向亲油性(疏水性)方向转变。     

不同配方硅橡胶憎水性恢复与迁移特性

为了研究不同氢氧化铝含量的硅橡胶绝缘材料的憎水性丧失及恢复特性,使用去离子水对复合绝缘子用硅橡胶材料进行浸泡处理后在实验室标准环境下进行憎水性恢复,采用恒温试验箱对硅橡胶材料进行低温冷冻处理,以硅橡胶材料静态接触角表征憎水性的变化规律,测得硅橡胶材料在常温及低温下随氢氧化铝含量变化的憎水性丧失及恢复规律,并分析原因机理。针对不同氢氧化铝含量的硅橡胶绝缘材料的憎水性迁移特性,依照标准方法涂污,并迁移4天,用静态接触角表征不同氢氧化铝含量硅橡胶材料的憎水性迁移特性,并分析了硅橡胶憎水性迁移的机理。