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超疏水表面上多液滴合并触发液滴弹跳现象的理论分析
  • ISSN号:0253-231X
  • 期刊名称:《工程热物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TK12[动力工程及工程热物理—工程热物理;动力工程及工程热物理—热能工程]
  • 作者机构:清华大学热能工程系,热科学与动力工程教育部重点实验室,北京市CO2资源利用与减排技术重点实验室,北京100084
  • 相关基金:国家自然科学基金(No.51476084); 清华大学自主科研计划(No.20131089319)
中文摘要:

超疏水表面上由冷凝液滴的合并触发的液滴弹跳现象在自清洁、强化传热、防结霜等工程领域均有广阔的应用前景。本文建立了一个能量模型以分析多液滴合并触发的液滴弹跳现象。依据本文模型,在液滴弹跳过程中,涉及到表面能、黏性耗散、重力势能、阻滞功、振动动能和平动动能等能量形式的变化及转换,当有更多的表面能转化为平动动能时,液滴弹跳速度会更快。结果表明,多液滴合并能够释放更多的表面能,分布更集中的液滴之间的合并有利于获得更多的平动动能,使液滴弹跳速度更大。此外,存在最小的临界液滴半径和半径比,小于该半径或半径比时,不会发生液滴弹跳。随合并液滴数量的增加,该最小的临界液滴半径和半径比均减小。

英文摘要:

Self-propelled droplet jumping phenomenon during condensation on a superhydrophobic surface has many potential applications in engineering fields such as heat transfer enhancement,anti-icing surface and self-cleaning surface.This paper presented a theoretical model to calculate the jumping velocity and analyze the triggering conditions for the droplet jumping triggered by multidroplet coalescence.In the model,various forms of energy were considered including the released surface energy,the viscous dissipation,the negative energy due to the surface contact angle hysteresis,the gravitational potential energy and the effective kinetic energy.Droplet coalescence which releases more surface energy and holds more effective kinetic energy achieves a larger jumping velocity.The results show that multidroplet coalescence with equaled droplet size and concentrated droplet location is advantageous for increasing the droplet jumping velocity.Increasing the surface contact angle and decreasing the surface contact angle hysteresis are also advantageous for the droplet jumping.In fact,these influencing factors are coupled together.If one of them is changed,the others must change to make a compromise to meet the minimum requirement for droplet jumping.

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期刊信息
  • 《工程热物理学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国工程热物理学会 中国科学院工程热物理研究所
  • 主编:徐建中
  • 地址:北京2706信箱
  • 邮编:100080
  • 邮箱:xb@mail.etp.ac.cn
  • 电话:010-62584937
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-231X
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2091/O4
  • 邮发代号:2-185
  • 获奖情况:
  • 中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:21026