润滑层中由表面复杂性引起阻力的预测：在超疏水表面上的应用

超疏水（SH）涂层被广泛用于在各种应用中减阻。大量研究表明，这些材料所产生的有益壁面滑移效应在层流流态下消失。被认为导致性能下降的主要机制是马兰戈尼诱导应力和气/液界面变形。在本研究中，提出一种新机制来解释SH表面在层流流态下性能的损失。此处我们考虑气膜内空气的流动以及由具有不同几何特征的粗糙元所引发的伴随动量损失。空气在气膜内的运动通过均匀化边界条件方法与外部流体耦合。为此，作为孔隙率和域弯曲度的函数，在粗糙元尺度上进行了数值模拟，以确定气-液界面的滑移速度。然后将均匀化边界条件植入外部流动的理论模型中，以计算低$Re$数下SH球的阻力。层流SH下落球的实验表明，在考虑减阻时，高弯曲度和低孔隙率会导致性能损失。正如预期，具有低弯曲度和相似孔隙率的3D打印球展示了接近最优的减阻。预测值与实验的对比研究表明，对于从SH织构表面显微图像估计的孔隙率和弯曲度值，该均匀化模型能够准确预测SH表面的阻力。