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基于润湿阶跃的水下大尺度气膜封存方法
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:U472.2[机械工程—车辆工程;交通运输工程—载运工具运用工程;交通运输工程—道路与铁道工程]
  • 作者机构:[1]西北工业大学航海学院,西安710072, [2]中国科学院兰州化学物理研究所,固体润滑国家重点实验室,兰州730000
  • 相关基金:国家自然科学基金重点项目(批准号:51335010,51109178); 中央高校基本科研业务费专项资金项目(批准号:3102015ZY017); 西北工业大学研究生创意创新种子基金(批准号:Z2016055)资助的课题~~
中文摘要:

超疏水表面水下减阻效果通常与其微结构上封存气膜的厚度和面积正相关,且气膜尺寸越大封存越困难.构造亲疏水相间表面,能在壁面形成润湿阶跃,产生约束固-气-液三相接触线移动的束缚力.通过监测切向水流作用下,润湿阶跃为54.8?,84.7?,103.6?和144.0?的亲疏水相间表面上不同面积和厚度气膜的形态发现,厘米尺度气膜可被长时间稳定封存,且气膜破坏的临界流速随润湿阶跃和气膜厚度的增加而升高,随气膜迎流宽度增加而降低.同时,该方法封存的气膜上能产生显著滑移量,尺寸0.6 cm×0.5 cm×0.15 cm的气膜上即可产生约占主流速度25%的稳定滑移速度.期待该气膜封存方法能进一步提升超疏水表面水下减阻技术性能.

英文摘要:

Superhydrophobic surfaces with micro- and nano-scale structures are conducible to maintaining a gas layer where prominent slippage effect exists. It has been demonstrated that the drag reduction of superhydrophobic surface increases with growing the fraction of the gas-water interface and the rising of the thickness of gas layer. Whereas a large thick gas layer on the superhydrophobic surface collapses easily under tangential water flow. Here, we present a new method to maintain large-scale gas layer by creating hydrophilic patterns at the superhydrophobic surface, on which the binding force of air on the solid surface can be caused by wettability difference. Through testing the states of gas layer trapped on surfaces with wettability differences equal to 54.8?, 84.7?, 103.6?and 144.0?in apparent contact angle, respectively,the conditions of maintaining gas layer are mainly considered. We demonstrate that the critical velocity, over which the gas layer begins to collapse under the tangential water flow, is positively correlated with the thickness of the gas layer and the wettability difference between the superhydrophobic area and hydrophilic area, however, this is negatively correlated with the width of the gas layer in the crosswise direction. It is noteworthy that even a centimeter-scale gas layer can be kept steady in ~0.9 m/s through this method. Furthermore, an obvious slip velocity up to ~25% of bulk velocity is observed at the gas-water interface, through measuring the velocity profile above the 0.6 cm-long, 0.5 cm-wide and 0.15 cm-thick gas layer by using the PIV technology. We anticipate that this novel method of gas entrapment under water will effectively widen the applications of superhydrophobic surfaces for drag reduction.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 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,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,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:49876