表面润湿性对微通道界面阻力影响的研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 9次 | 上传用户:liongliong531
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边界滑移能够降低流体与壁面之间的阻力,对微流体系统中液体的流动至关重要。本文通过不同润湿性表面的制备、微通道的组装和计算流体动力学模拟,研究了表面润湿性对微通道界面阻力的影响,研究结果对微流体装置的设计与制备具有重要参考价值。采用μ-PIV技术对利用单晶硅片制作的四种具有不同表面润湿性的微通道进行了滑移流动实验,分别研究了表面润湿性对单侧滑移微通道和双侧滑移微通道中边界滑移的影响。结果发现,亲水表面没有发生边界滑移,疏水表面边界滑移显著,并且表面疏水性越强边界滑移速度越大;当微通道宽度和流量一定时,表面疏水性越强,微通道中心处流体流速越小,流体速度轮廓线越平缓;相同表面在单侧滑移微通道中的滑移速度和滑移长度比在双侧滑移微通道中的值略高。采用滑移和无滑移相间的壁面模型,模拟了层流条件下具有不同微结构的微通道内流动情况,结果表明,超疏水表面的减阻效果随微凸起直径增大而增大,随微凸起面积比以及微通道宽度增大而减小,受雷诺数变化影响较小。构建固-气复合壁面模型,与滑移相间壁面模型进行了对比,并研究了超疏水表面微结构深度以及微结构形状对微通道界面减阻的影响。结果表明:在微通道尺寸以及流体环境相同的条件下,三种模型的压力降基本相同,但滑移相间壁面模型较复合壁面模型滑移速度大。超疏水表面减阻效果受微结构形状影响,减阻效果按三角形、梯形、矩形、燕尾形顺序依次增加。超疏水表面减阻效果随微结构深度增加而增大,但超过一定值后便不在增大。
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