斜锥表面液滴的定向流动特性

目的研究液滴在斜锥表面的定向流动特性,揭示液滴在斜锥表面的定向输运机理。方法以斜锥表面液滴运动行为为研究对象,通过数值模拟技术提取液滴动力学参数,探讨不同斜锥结构参数对液滴自输运行为的影响。结果液体内部速度的不均匀分布导致液滴内部产生速度涡旋,在泰勒毛细升力的作用下,斜锥间隙产生了涡量较大的速度主涡旋,液滴内部产生了涡量较小的速度次涡旋。在液滴定向输运过程中,2种涡旋的旋转方向与液滴的输运方向保持一致。液滴自输运过程伴随着表面能、动能的相互转化。在铺展收缩阶段,液滴的形变量较大,固–液接触面积和液滴的表面能先增大再减小,液滴运动速度却先减小再增大。在稳定输运阶段,液滴的表面能和速度基本保持不变。泰勒毛细升力和斜锥间隙中的不平衡毛细力驱使液体不断填充斜锥间隙。液滴在斜锥表面受到不平衡的钉扎阻力,使得液滴左侧更易脱钉,保证整个液滴向右无损输运。结论可为揭示液滴在斜锥表面的流动特性和自输运机理提供理论支持,指导研制以斜锥结构为仿生原型的机械功能表面。