含表面活性剂超疏水通道中滑移与阻力的非定常演化
流体动力学
2024-12-04 v3
摘要
认识到表面活性剂会阻碍超疏水表面（SHSs）带来的减阻效果，我们研究了表面活性剂浓度的时空波动对SHSs减阻特性的影响。我们模拟了由两SHSs界定的通道流中可溶性表面活性剂的非定常输运。流动为层流、压力驱动，且SHSs在流向与展向周期性。我们假设通道长度远大于流向周期，流向周期远大于通道高度与展向周期，且体扩散足够强以使跨通道浓度梯度很小。结合长波与均匀化理论，我们推导了沿通道长度的表面活性剂通量输运非定常对流-扩散方程，其耦合于单个气膜上表面活性剂输运的准定常对流-扩散方程。由于沿通道的扩散通常很小，表面活性剂通量由非线性波动方程支配。在输运表面活性剂团这一基本情形下，我们预测了其传播速度，并通过其与SHS的相互作用描述了其非线性演化。当表面活性剂吸附并使气膜刚性化时，传播速度可低于平均流向速度。较小浓度表面活性剂比较大规模者平流更快，故波陡化效应可导致表面活性剂通量分布中的激波形成。我们的渐近结果揭示了非定常表面活性剂输运如何影响SHS通道中滑移速度、减阻与有效滑移长度的时空演化。
引用
@article{arxiv.2310.18184,
title = {Unsteady evolution of slip and drag in surfactant-contaminated superhydrophobic channels},
author = {Samuel D. Tomlinson and Frédéric Gibou and Paolo Luzzatto-Fegiz and Fernando Temprano-Coleto and Oliver E. Jensen and Julien R. Landel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.18184},
year = {2024}
}