复合梯度楔形表面上液滴自输运特性的数值研究

作者：高芳; 郑佳宜^*; 李准; 余延顺

来源：表面技术, 2022, 51(11): 405-422.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.11.038

• 润湿梯度
• 界面张力
• 楔形
• 自输运
• 两相流
• 数值模拟

目的 提高表面液滴的自输运速率。方法 在表面引入润湿梯度和楔形形状，基于VOF模型（流体体积模型）对表面液滴运动进行数值研究，并建立一种适用于润湿梯度和楔形图案联合的模型，分析润湿梯度和楔形角度对液滴位移的影响。结果 润湿梯度越大，液滴受不平衡的表面张力越大，液滴移动速度越快。润湿梯度为15 (°)/mm表面上液滴的平均速度比10、5 (°)/mm润湿梯度的表面分别快42.3%和130%。楔角越大，加速阶段的液滴移动速度越快，但会越早失去驱动力而停止移动，而楔角越小，液滴移动位移越大。液滴在40°楔角表面最先停止运动，在20°楔角表面位移比30°和40°楔角表面分别远10.3%和32.3%。联合润湿梯度和楔形图案后，15 (°)/mm表面上的液滴在20°、30°、40°和20°楔角表面上的液滴在15、10 (°)/mm下均能运动到计算模型出口，且15(°)/mm、40°楔角表面液滴的平均速度达到292mm/s，比单一梯度表面增长37.7%，比单一楔形图案表面（20°）增长175.5%。结论 通过调节润湿梯度和楔形角度，可有效控制液滴移动速度。联合润湿梯度和楔形图案的复合梯度楔形表面能同时减小润湿性范围瓶颈和楔形形状制约，提高表面液滴的移动速度和距离。研究结果将有助于设计高效的液滴输运功能表面，并可将其扩展到冷凝装置、微流体装置和药物检测等领域。

• 单位
  南京理工大学