透明超疏水纳米阵列的构建及露滴自弹跳特性

利用溶胶-凝胶技术制备氧化锌晶种层,再通过化学氧化法在FTO玻璃表面制备了高度垂直取向的氧化锌纳米棒阵列.研究了晶种溶胶浓度和液相化学生长时间对阵列纳米结构形貌的影响规律和作用机理,并进一步分析了表面润湿性和透明性的变化情况.通过氧化锌纳米棒阵列的可控构建,获得了平均透光率可达95%的透明超疏水表面.密集生长的纳米阵列使得该表面在稳态结露条件下,直径约10μm的小尺度球状露滴合并后易发生自驱弹跳,脱附率高,露滴数量密度、覆盖率和平均直径均能保持在恒定范围,显示出优异的抗结露特性.

物性参数对液滴的聚并自弹跳的影响及其关联分析

超疏水表面上液滴因聚并诱导而引起的自弹跳行为具有巨大的潜在应用价值,因此有关问题引起了广泛关注.目前液滴的物性参数对其自弹跳特性的影响却鲜有报道.本文数值模拟了不同的液体物性参数下液滴的聚并自弹跳行为,并利用灰色关联法研究了物性参数变化分别与液滴跳起时的真实弹跳速度及液滴和表面的真实接触时间的关联程度.在无量纲的时间条件下,液滴的聚并自弹跳的动力学特性仅受Oh数的影响.在真实的时间条件下,黏度变化与液滴聚并所需的真实时间无关,而减小密度比会同时减少聚并过程和跳起过程中所需的真实时间.无量纲的弹跳速度随着Oh数的增大而减小,而减小黏度和密度都会增加液滴跳起时的真实弹跳速度.根据灰色关联度的计算结果可知,黏度的变化与真实弹跳速度的关联性更高,密度的变化与真实接触时间关联性更高.

具有近壁效应的超疏水表面上液滴聚并自弹跳特性的数值模拟研究

超疏水表面上微尺度液滴在聚并后可以自发跳起,这一特性在工程领域具有巨大的应用价值。液滴聚并时膨胀的液桥撞击超疏水表面,表面可以提供一个反向作用力促使液滴跳离表面。但液滴聚并后的自发跳起具有一定程度的不可控性。因此,本文采用改进的VOF方法研究了具有近壁效应的超疏水表面上液滴的自弹跳特性,该特殊结构可以改变液滴的液桥动力学特性以及加强液桥和表面的碰撞,从而提高其自弹跳速度。利用近壁结构和水平面基底之间不同的润湿性还能进一步调控液滴的自弹跳方向。

液滴聚并自弹跳的数值模拟研究:基于改进的VOF方法

超疏水表面上液滴的聚并自弹跳行为因其巨大的工程应用价值而备受关注。当前,数值模拟已经成为了研究液滴自弹跳特性的重要工具,开源免费的OpenFOAM软件包中使用流体体积法的多相流求解器interFoam已被广泛用于模拟液滴的自弹跳行为。但是该方法在处理毛细流问题中还存有许多不足之处。基于此,本文选用了以interFoam为基础的新多相流求解器SMICFoam。该新求解器使用新的光滑界面压缩格式(Smooth interface compression)对VOF方法进行了改进,已被成功应用于降膜、圆形水跃和液滴自弹跳的相关研究中。对比interFoam和新求解器的计算结果可知,由于前者在计算接触角和三相接触线时不够准确存在滞后性,导致过剩表面能过大,动能过小,对应的能量转换效率较低。

电动汽车热泵系统超疏水换热器抑制结霜性能研究

针对电动汽车冬季制热能耗高,影响续航里程的问题,研究了表面浸润性对电动汽车热泵系统换热器结霜性能的影响。通过对超疏水表面冷凝、结霜过程的微尺度定量表征,发现超疏水表面液体合并自弹跳现象是抑制结霜的重要因素,为了在全尺寸换热器上实现抑制结霜效果,利用水热法及低表面能处理方法对换热器进行了超疏水处理,并进行了制热工况结霜试验,结果显示,与未作处理的原始换热器相比,超疏水换热器结霜时间延长70%以上,单位时间内化霜次数减少40%以上。

Vibration mechanism analysis and algorithm optimization of contactor contact system

In order to solve the problem of vibration bounce caused by the contact between moving and stationary contacts in the process of switching on,two-degree-of-freedom motion differential equation of the contact system is established.Genetic algorithm is used to optimize the pull in process of AC contactor.The whole process of contact bounce was observed and analyzed by high-speed photography experiment.The theory and experimental results were very similar.The iron core has collided before the contact is separated,which further aggravates the contact bounce.When the iron core bounces collided again,the bounce of the contact was not affected.During the operation of the contactor,the movement of the moving iron core will cause slight vibration of the system.The contact bounce time and the maximum amplitude are reduced.The research results provide a theoretical basis for further control and reduction of contact bounce.

超疏水表面融霜液滴翻转与弹跳

试验观测超疏水表面融霜过程液滴动态行为,并对融霜过程液滴形成演化的物理机制进行了分析,推导了液滴自弹跳高度与液滴尺寸的关系,试验结果发现:超疏水表面融霜过程液滴存在翻转、旋转移动以及弹跳等动态行为,液膜收缩合并过程表面能的释放是驱动不同行为产生的主要原因。此外,融霜液滴弹跳高度取决于合并后液滴半径,随液滴尺寸的增加而降低。

耐磨铝基超疏水材料的制备及其动态冷凝行为

用水热法制备了铝基超疏水材料。SEM观测结果表明,这种材料表面有明显的微纳米复合结构;用动态摩擦试验机进行了循环摩擦实验,结果表明:这种材料的耐磨性能优异,2000次循环摩擦后样品表面变得略微平整,微米结构丢失,但是保留有大量ZnO纳米棒,仍保持超疏水特性。这种材料还具有良好的耐酸碱腐蚀能力。冷凝实验结果表明:冷凝液滴在微纳米复合结构中随机生成,有益的是凹槽中的冷凝液滴在长大和合并过程中逐渐脱离凹槽底部最终悬浮在粗糙结构的表面。这证实,冷凝液滴在样品表面保持Cassie态,为冷凝过程中频繁发生液滴合并自弹跳提供了条件。