液滴运动调控研究,在冷凝传热、流体运输、疏冰抗结冰、防污自清洁和水收集等能源和环境领域具有重要意义。目前对于液滴运动的调控需要光、热、电、磁等外部能量输入,限制了其应用范围。本文从结构出发,利用微铣床制备环形超疏水表面,通过实验探究液滴撞击环形超疏水表面的运动特性,实现对液滴弹跳行为的控制。具体内容如下:首先,开展了环槽超疏水表面的液滴碰撞实验,探究环槽结构对于液滴横向运输的影响规律。通过微铣削技术在铝合金表面加工环槽结构,经过盐酸刻蚀和氟硅烷修饰后得到超疏水表面。使用高速相机记录液滴撞击环槽超疏水表面全过程,受环槽结构参数和碰撞速度的共同影响,液滴共展现出5种弹跳模式:无定向柱状弹跳,无定向柱状破碎弹跳,定向柱状破碎弹跳,定向完整弹跳,定向水平破碎弹跳。与撞击平整超疏水表面相比,不同之处在于液滴出现定向弹跳现象,其原因与液滴碰撞过程中出现豌豆形变形有关。研究表明,液滴弹跳距离和变化规律与液滴直径无关,只与槽结构参数和撞击速度有关。当槽的结构参数不变时,液滴的速度越大,弹跳距离越大;当碰撞速度不变时,弹跳距离随着曲率的增大而增加。液滴定向弹跳距离随着槽深的增加先增大后减小,存在一个最佳槽深使得弹跳距离最大。槽宽主要影响液滴定向弹跳时的临界韦伯数,临界韦伯数随着槽宽的减小而增大,当槽宽足够小时,液滴碰撞过程中无豌豆变形,不发生定向弹跳。其次,进行液滴撞击单凸圆环超疏水表面实验,发现中心破碎碗状溅射现象。圆环结构限制液滴的铺展,将液滴铺展时的水平动量转化为竖直动量,发生溅射现象,固液接触仅发生在环内。圆环内柱状突起可刺穿液膜,促进中心破碎辅助收缩,降低固液接触时间。分析认为单凸圆环结构的中心破碎溅射可以减少液固之间的热量交换,通过冷水碰撞测温实验证明该结构在降低热量交换方面效果优于单环超疏水表面和平整超疏水表面,有望推动抗结冰表面的进一步发展和应用。