表面浸潤性影晌微間隙流動邊界滑移的實驗測量及數(shù)值模擬.pdf

1、流體流動的邊界條件是決定流體動力學(xué)效應(yīng)的最重要因素之一。近年來研究發(fā)現(xiàn)，與經(jīng)典流體力學(xué)中固液界面無滑移的假設(shè)不同，流體邊界滑移在某些條件下是確實存在的。邊界滑移能夠減少流體內(nèi)摩擦阻力，對微納米尺度流體系統(tǒng)的影響至關(guān)重要。表面潤濕性對邊界滑移有重要影響，但其影響規(guī)律還未達成共識。本文在探索制備具有不同潤濕性表面工藝的基礎(chǔ)上，通過微通道及Micro-PIV技術(shù)研究表面微觀結(jié)構(gòu)及潤濕性影響滑移特性及微間隙流場流動的規(guī)律。主要研究工作及結(jié)論包括

2、如下幾個方面：
　?。?）進行了多種表面微觀結(jié)構(gòu)制備工藝的研究。制備具有不同潤濕性的表面是論文開展研究的基礎(chǔ)，而在構(gòu)建規(guī)定的潤濕性表面方面，與表面化學(xué)組成相比表面微觀幾何形貌顯得更為重要。為此，論文研究了不同表面微觀結(jié)構(gòu)制備工藝：基于硅微加工技術(shù)實現(xiàn)了大面積規(guī)則微結(jié)構(gòu)的制備；基于液相生長法實現(xiàn)了不同粒徑氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的可控制備；結(jié)合上述兩種工藝實現(xiàn)了超疏表面所需要的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)制備。
　?。?）對不同潤濕性表面的滑移特性進行

3、了實驗測量和數(shù)值模擬。設(shè)計搭建了基于微通道方法測量滑移長度的實驗裝置，對不同潤濕性表面的滑移特性進行了實驗研究，主要結(jié)論下：表面潤濕性影響流體流動邊界滑移，與接觸角相比，滾動角對壁面滑移而言更為重要，滾動角小有利于滑移產(chǎn)生；潤濕狀態(tài)在一定壓力條件下會發(fā)生轉(zhuǎn)變，表面微觀結(jié)構(gòu)間隙影響疏水表面的承壓能力，當從疏水轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水時，滾動角顯著增大；微米結(jié)構(gòu)的方向性影響壁面滑移，與展向微結(jié)構(gòu)相比，流向微結(jié)構(gòu)有利于壁面滑移。同時采用Fluent軟件建立

4、了微間隙流場計算模型，計算結(jié)果表明，數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果一致性較好，從理論上驗證了實驗的可信性。
　?。?）壁面滑移影響軸承潤滑間隙內(nèi)流體流場特性的PIV測量。搭建了Micro-PIV實驗平臺，進行了軸瓦內(nèi)表面疏水層制備工藝研究，對不同轉(zhuǎn)速下具有不同潤濕性軸瓦內(nèi)表面的軸承潤滑間隙流場進行了測量。結(jié)果表明：疏水壁面有利于產(chǎn)生邊界滑移，從而減小微間隙內(nèi)的潤滑介質(zhì)速度梯度；壁面滑移速度隨壁面剪切力率增大而增大，因此在高速工況下，減阻效