含表面活性剂的超疏水表面湍流滑移与阻力模型
流体动力学
2023-02-06 v1
摘要
超疏水表面（SHSs）可降低湍流中的摩擦阻力。在层流区，已表明痕量表面活性剂可抵消该减阻效果，有时使这些表面不优于固体壁面（Peaudecerf 等，Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114(28), 7254-9, 2017）。然而，表面活性剂对 SHSs 减阻特性的影响尚未在湍流条件下研究，而按当今标准，在直接数值模拟中预测表面活性剂效应仍代价高昂。我们提出了一个含表面活性剂的湍流模型，适用于通道或边界层构型，流经展向周期、周期为 、气含率为 的有限长流向脊状结构。我们采用基于偏移对数律的技术获得减阻表达式。通过在黏性子层内引入局部层流模型导出平均流向与展向滑移长度，其中表面活性剂效应通过修正平均流向与展向滑移长度来建模。我们的模型在洁净（无表面活性剂）或低表面活性剂水平的文献可用实验数据下吻合良好。然而，我们发现对于海洋应用中 SHSs 上湍流流动典型的较大背景表面活性剂浓度，阻力有明显增加。
引用
@article{arxiv.2302.01634,
title = {A model for slip and drag in turbulent flows over superhydrophobic surfaces with surfactant},
author = {Samuel D. Tomlinson and François Peaudecerf and Fernando Temprano-Coleto and Frederic Gibou and Paolo Luzzatto-Fegiz and Oliver E. Jensen and Julien R. Landel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.01634},
year = {2023}
}