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金属基体上超疏水表面的制备及微/细通道内气—液两相流动的研究

于跃飞  
【摘要】:本文研究开发了一种简单方便的超疏水表面制备技术,通过酸化学蚀刻方法在金属表面构造微细结构然后利用含氟材料降低其表面能,成功的在铝、铝合金、锌金属基体上获得了超疏水表面。经接触角测定,水滴在这些表面上的静态接触角均大于150°,滚动角约为5°(5-μL液滴)。通过材料表面的电镜扫描分析,铝基及铝合金基超疏水表面上产生了由大量“积木”堆积而成的阶层结构,锌表面上出现了由微米晶块和纳米级丝状沟槽组成的阶层结构。上述微结构在整体上都体现出了高度的自相似性。研究结果表明,表面微细粗糙结构对于表面的超疏水性起到了决定性作用,是制备超疏水表面的关键所在。本文还考察了不同实验条件对接触角的影响,并且对超疏水表面的化学结构进行了分析。 构建了具有超疏水表面的通道并进行了流体流动实验,实验结果表明,流体在超疏水表面及具有超疏水表面的通道内流动时表现出与常规表面不同的一些特性,出现了“阶层”液面流、水流偏转及“正弦曲线流”等一些现象。经分析认为,液固之间存在纳米气膜层,这也是上述一些流动现象出现的根本原因所在。 进行了1-5mm玻璃微细圆管内常压气液两相流动研究。通过对大量实验现象的观察和实验结果的分析,确定了微细通道内水平及垂直上升流动基本流型,对各流型间的过渡转换进行了详细的讨论与描述,并分别绘制了流型图。同时本文根据实验数据得出的结果与前人的研究结果进行了对比,结果表明,本文实验结果与前人研究结果基本一致。本文还尝试采用压差信号波动来识别流型,结果表明,这一方法是可行的,但是还需要进一步的实验研究验证。


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