超疏水表面形貌对层流减阻的数值模拟-论文.pdf

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1、第d6卷第2期上海交通大学学报VO1．46NO．22012年2月J()URNA1()FSHANGHAIJIA()TONGUNIVERSITYFeb．2012文章编号：1006—2467(2012)02—0312-05+0322超疏水表面形貌对层流减阻的数值模拟喻超，陈晓玲，孙蕾(1．上海交通大学动力机械及工程教育部重点实验室，上海200240；2．联合利华中国研究所，上海200233)摘要：为了研究超疏水表面形貌结构对其流动减阻的影响，设计了4种不同形貌的表面结构．针对超疏水表面的流动特点，建立微通道气一液两相流动的VOF(VolumeofFl

2、uid)模型，对超疏水表面在层流状态下的表面形貌结构对流动减阻的影响规律进行了研究．结果表明，超疏水表面的减阻效果随微凸起间距的增大而明显增大，而与微凸起高度的变化关系不大，且三角形和圆顶矩形微凸起结构表面比圆形和平顶矩形微凸起结构表面具有更好的减阻效果．关键词：超疏水表面；表面形貌；层流；流动减阻；数值模拟中图分类号：()351文献标志码：ANumericalSimulationoftheEffectsofSurfaceMorphologiesonDragReductionofSuperhydrOphObicSurfaceinLaminarF

3、lOWYUChao，CHENXiao—ling，SUNLei(1．KeyL．aboratoryforPowerMachineryandEngineeringoftheMinistryofEducation．ShanghaiJiaotongUniversxty，Shanghai200240，China；2．UnileverResearchChina，Shanghai200233，China)Abstract：Inordertostudytheeffectsofsurfacemorphologiesondragreductionofsuperhyd

4、rophobicsur—face，fourdifferentsurfacemorphologiesweredesigned．Accordingtotheflowcharacteristicsonsuperhy—drophobicsurface，aVOF(VolumeofFluid)modelofgas—liquidtwo～phaseflowinmicrochannelwases—tablishedandtheimpactofdifferentsurfacemorphologiesondragreductioninlaminarflowwasst

5、imula—ted．Theresultsshowthatthedragreductionincreasessignificantlywiththeincreaseofthedistanceofmi—croscaleridges，whiledoesnotvarysignificantlywiththeheightofmicro—scaleridges．Andthedragreductioneffectofthemicrochannelwithtriangularridgesordomerectangularridgesismoreapparent

6、thanthoseofmicrochannelswithcircularridgesorflat—toppedrectangularridges．Keywords：superhydrophobicsurface；surfacemorphologies；laminarflow；dragreduction；numericalsim1kl1atjon超疏水性表面通常被定义为液滴表观接触角大超疏水表面能够使流动摩擦阻力减小，而有效减小于150。的表面．人们很早就在自然界中观察到这种流动阻力将会带来巨大的经济效益和技术进步．超疏水现象，比如荷叶的自清洁机

7、理Ⅲ．研究表明，因此，在实际应用中，使用超疏水表面来减小流动阻收稿日期：201卜O2—24基金项目：国家自然科学基金资助项目(50606025)，联合利华中国研究所资助项目作者简介：喻超(1986)，男，湖北麻城市人，硕士生，主要从事计算流体力学研究．陈晓玲(联系人)，女，副教授，电话(Te1．)：021—34206860；Email：xlchen@sjtu．edu．CII第2期喻超，等：超疏水表面形貌对层流减阻的数值模拟力具有广阔的前景．然而，超疏水表面的流动较种具有不同类型的表面微凸起形貌结构的超疏水表为复杂，其减阻效果与材料的化学和物理特

8、性有关，面，其表面形貌分别为三角形、圆形、平顶矩形和圆如表面的化学能、材料的润湿性、表面形貌和微凸起顶矩形，如图1所示．为了进行对比研究，针对每一结构