疏水性微结构表面的抗结冰特性仿真研究

摘要：

目的 探究不同形状微结构表面的疏水、抗结冰特性,以及两者间的关系.方法 基于有限体积法对液滴滴落至微结构表面的浸润和凝结过程进行仿真探究.首先建立了具有不同形状微沟槽表面的仿真模型,然后分析了不同微结构表面的疏水特性差异,最后根据不同微结构表面的水滴滴落凝结行为及内部流场的仿真研究,获得了微结构表面疏水性和疏冰性关系,揭示疏冰性产生的原因.结果 矩形微结构表面液滴的接触角为109°,表现出疏水特性.锯齿形微结构表面液滴的接触角为162°,表现出超疏水特性.液滴在锯齿形微结构表面上20 ms后凝结率低于2％,抗结冰能力最强.普通表面上的液滴凝结率为4％,低于矩形表面上的6％.对比矩形表面与普通表面上的液滴凝结过程,矩形表面上液滴内部湍流动能是普通表面上液滴的5倍,经过20 ms后,普通表面上液滴近壁面温度下降30K,同时矩形微结构表面上液滴近壁面温度仅下降10K.结论 具有微结构的表面能表现出疏水性,这种疏水性对抗结冰特性具有双重作用,一方面降低了液滴初期的凝结速度,另一方面加快了液滴在底层形成稳定冰层后的凝结速度.

关键词：微结构表面、疏水性、抗结冰特性、凝结速度、有限元体积法、FLUENT

所属期刊栏目：45

分类号：TG174.4(金属学与热处理)

资助基金：国家自然科学基金项目51535003National Natural Science Foundation of China 51535003

在线出版日期：2016-12-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：145-153