表面张力梯度对超疏水气-水界面滑移流动的影响
流体动力学
2018-04-02 v1
摘要
超疏水表面通过在表面粗糙度内捕获的气-水界面上引入表观滑移速度，已在层流和湍流中表现出显著的减阻效果。在本研究展示的实验中，我们证明了沿气-水界面存在与 resultant Marangoni 流相关的表面张力梯度，其导致滑移速度和滑移长度显著减小。本研究中，对毫米尺度气-水界面上的滑移速度进行了实验研究。该大尺度气-水界面便于在流量、界面曲率和界面几何形状变化时对界面速度剖面进行详细探究。对于支撑在连续沟槽（扭转剪切流中的同心环）上方、不存在表面张力梯度的气-水界面，观测到高达主体流速 30% 的滑移速度。然而，对于支撑在不连续沟槽（泊肃叶流中的矩形通道）上方的气-水界面，表面张力梯度的存在降低了滑移速度，且在某些情况下导致界面速度方向与主流方向相反。发现气-水界面在展向的曲率决定了界面流动剖面的细节：凹面界面中心处及凸面界面外侧出现回流。气-水界面的偏转也被发现极大影响了滑移的大小。施加了沿气-水界面相对较小表面张力梯度的数值模拟，能够预测减小的滑移速度及沿气-水界面的回流。
引用
@article{arxiv.1803.11535,
title = {Effect of a surface tension gradient on the slip flow along a superhydrophobic air-water interface},
author = {Dong Song and Baowei Song and Haibao Hu and Xiaosong Du and Peng Du and Chang-Hwan Choi and Jonathan P. Rothstein},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.11535},
year = {2018}
}