仿生液体分布器布液均匀性与表面电沉积制备研究

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液体分布器用来对液体进行均匀分布,实现气液之间的充分接触,然而在实际的工作过程中由于孔口流速不均造成的液体分布不均匀现象,严重影响着气液之间的传质或分离效率,因此对液体分布器布液均匀性问题的研究具有实际的应用价值与意义。  本文在查阅大量文献的基础上,研究了固体表面润湿性与液体分布器布液均布理论,探讨了表面润湿性与液体均布的关系;以蚯蚓作为仿生对象,对其体表形貌进行观察,并对体表参数提取,用光学接触角仪对体表接触角进行测量,分析了体表形貌与接触角之间的关系,研究了蚯蚓体表液均布特性。  根据设计条件对液体分布器进行结构设计,利用提取的蚯蚓体表参数对液体分布器内部底面进行仿生表面设计,利用有限元分析软件分别对普通型与仿生型液体分布器进行布液均匀性分析,结果表明:液体分布器内的流场呈现对称分布的特点,仿生型的孔口流速为1.215m/s略大于普通型的1.143m/s,仿生型液体分布器相比普通型液体分布器的孔口流量偏差降低了15%、整体流量方差小3.5倍,表面阻力系数和表面剪应力也较小且间断分布,因此仿生型液体分布器的布液均匀特性较好。  利用电沉积回归正交实验对仿生表面进行制备,通过对实验后电极表面微观轮廓观察与分析,阳极电极表面形貌宽深比较符合蚯蚓体表的宽深比,并且受实验因素的影响较小,选取阳极表面作为仿生表面,以仿生表面接触角为实验指标,以铜离子浓度、电流密度、电沉积时间为实验因素,建立了实验指标与实验因素之间的回归方程,分析了实验因素与实验指标的关系,通过对实验因素的分析以及回归方程的优化得到,当铜离子浓度0.18mol/L,电流密度45.682mA/cm,电沉积时间20.85mins时,接触角最小为11.62°,利用该实验因素组合对仿生表面进行制备,结果表明:制备的仿生表面具有明显的带状与沟壑,并且伴随着细小的脉络状结构,其接触角11.96°远小于蚯蚓舒张态下接触角平均值42.71°,接触角愈小液体均布效果愈好,该仿生表面符合液体均布的要求。
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