液滴撞击镁合金疏水/超疏水表面的动力学特性研究

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液滴撞击固体壁面现象广泛存在于航空航天、生物医学和工业生产等许多领域,本文在制备疏水/超疏水镁合金表面的基础上,借助高速摄像系统对液滴撞击镁合金表面的动力学过程进行实验研究,同时采用计算流体动力学的方法对液滴撞击表面的动力学变化过程进行了数值模拟,着重分析了壁面润湿性、液滴滴落高度和液滴大小对液滴撞击表面动力学特性的影响。主要研究内容包括:1.采用激光加工和在试样表面沉积自组装分子膜的方法制备具有不同疏水/超疏水性能的镁合金表面,分析了点阵微结构的间隔和低表面能分子膜对表面润湿性的影响。研究发现,随着镁合金表面点阵间隔的增大,液滴在表面的接触角减小。经FOTS修饰的表面接触角最大,疏水性最强,而经MPS修饰的表面接触角最小,疏水性最弱。2.利用高速摄像系统对液滴撞击不同疏水/超疏水性能的镁合金壁面的过程进行拍摄和记录,重点探讨了镁合金表面润湿性、液滴滴落高度和液滴尺寸三个因素对液滴撞击壁面动力学特性的影响。结果表明:表面疏水性的减弱、液滴滴落高度的增大或液滴尺寸的增大,均会导致固-液最大接触直径增大;并且随着壁面疏水性的增强和液滴尺寸的减小,液滴的回弹高度增大;润湿性不同的壁面上,液滴滴落高度对回弹因子的影响不同。3.借助计算流体动力学的方法对液滴撞击不同疏水性能壁面的运动过程进行了数值模拟。通过分析液滴撞壁过程中的内部压力分布和速度矢量的变化,讨论了壁面润湿性、液滴滴落高度和液滴尺寸对液滴动力学变化特性的影响。模拟结果表明,固-液最大接触因子随壁面疏水性的减弱而增大,随液滴滴落高度的升高而增大,随液滴尺寸的增大而增大。
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